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Modellierung, Realisierung und Validierung eines offenen

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1. Agrar Datenerfassung Datennutzung meteorologische Staatliche E en Me station Landwirt Landwirte allg Nutzer Institution 1 mit Station Internet Beh rdennetz El Controller i E 5 e a E tA Modem ISDN j a Anwender Telekom Netz EEE ENTE GbR J Internet Betreiber Modem Modem Datenbank Server Webserver PC PC Gro rechner Firewall Datenaufbereitung iassa 3 speicherun Datenbank Stations Service Fern Datenabruf SS 9 Gateway management Kontrolle kontrolle archiyierung Internet Konfiguration Daten Intranet bereitstellung LAN Abbildung 5 20 Topologische Darstellung der Komponenten des Datenmanagementsystems 5 2 2 Teilprojekte Bereits bei der Erarbeitung des Fachkonzeptes wurde eine auf der Funktionalit t beruhende Aufgabenteilung deutlich Daher bietet sich die Zerlegung in drei Teilprojekte an e Datenabruf e Datenpr fung e Datenbereitstellung Aus Entwicklersicht k nnen aus dem Gesamtkonzept heraus alle Teilprojekte auf der Basis des gemeinsamen Daten und Funktionsmodells unabh ngig voneinander realisiert werden 5 2 2 1 Datenabrufsystem Das Abrufsystem realisiert die Schnittstelle zwischen Messdatenbank und Messstation Von
2. Messreihen x verf gbar en lt Abbildung 5 3 EPK und Datenfluss der Datenpr fung und zusammenfassung Stationsdaten neue Roh Ausstattung Rohdaten Messdaten verf gbar Sensor parameter gt Fehler Klima Daten gt Protokoll daten pr fen e gt Status Regions Bericht daten physikalische P Grundlagen iv y d nn gepr fte Messdat Messdaten Messdaten gt a fragw rdig plausibel P aggregierte e Stundendaten Daten gt zusammen fassen gt aggregierte Tagesdaten gt Nach der Pr fung stehen der zentralen Datenbank abgesicherte Messdaten zur Weitergabe an 112 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems die Anwender zur Verf gung Es gibt keine Standard Anwendung f r die agrarmeteorologi schen Messdaten vielmehr kann der Wunsch nach den Daten als dreidimensionale Matrix aufgefasst werden deren Achsen das Zeitfenster Historie die zeitliche Aufl sung Diskre tisierung 10 Minuten 1 Stunde 1 Tag sowie die verschiedenen Messgr en sind Daher ist eine Benutzerinteraktion Dialog Bildschirm Maske oder Formular oder eine Anweisungs liste f r eine kommandogesteuerte Benutzereingabe unumg nglich Wird nun auch noch die M glichkeit von Ver nderungen innerhalb des Messnetzes ber cksichtigt Erweiterung Verkleinerung Standortver
3. Anhang A Meteo Protokoll 207 e Beispiel f r typische Datenabrufe Dialog die Anfragen werden vom Client C gestellt und vom Server S beantwortet Die Leerzeilen und Zeilenumbr che innerhalb von Befehlen oder Antworten sowie die f r ausgelassene Zeilen wurden zur besseren Lesbarkeit manuell eingef gt S 0 0 200 MeteoServer 28c 29LTW 10 05 2000 3B Verbindung 2F14 C 1 XS LOGON BNR15 PIN MELD_ WG 1 123456 1 S 1 0 0 LOGON Angemeldet Privileg 3A Administrator C 2 RS DSSTAT STATNR STATNAME KFZ RGBZ GEOLNG GEOBRT ELEV KFZ EQ FS ORDER STATNR S 2 1 1 0 DSSTAT STATNR STATNAME KFZ RGBZ GEOLNG GEOBRT ELEV 8 LBP Freising FS 0Obb 11 432 48 2432 470 1 S 2 2 1 0 9 Zurnhausen FS Obb 11 4635 48 2607 490 1 S 2 3 0 0 DSSTAT STATNR STATNAME KFZ RGBZ GEOLNG GEOBRT ELEV Anzahl Datenzeilen 2 SELECT STATNR STATNAME KFZ RGBZ GEOLNG GEOBRT ELEV FROM agm DSSTAT WHERE KFZ FS ORDER BY STATNR ASC C 3 RS VLHO1 STATNR EQ 8 AND MTKEY BW 01 09 2000 00 00 00 1 9 2000 23 59 59 ORDER MTKEY S 3 1 1 0 VLHO1 MTKEY STATNR TA200 TA0O20 TS005 TS020 TS050 RH200 WV250 RAIN GRO00 LW100 01 09 2000 00 3A00 8 14 1 14 18 5 19 5 18 5 99 8 0 2 0 0 100 S 3 2 1 0 01 09 2000 01 3A00 8 14 13 9 18 1 19 3 18 5 99 8 0 1 0 0 100 S 3 24 1 0 01 09 2000 23 3A00 8 12 7 11 4 16 9 18 6 18 3 99 7 0 0 0 100 S 3 25 0 0 VLHO1 Anzahl Datenzeilen 24 SELECT FROM agm VLH0O1 WH
4. Entity Attribut Type Beschreibung Tabelle DDLogon Manuell erstellte Tabelle Definition der Zugriffssteuerung BNR15 Number 15 15 stellige Benutzernummer PIN Char 6 Pers nliche Identifikation MELD_WG Smallint Meldeweg 1 BayStmELF Programme STATNR Smallint Stationsnummer oder O alle Stationen PRIVILEG Smallint Kompetenz entspr DDPrivileg Anhang B Data Dictionary f r Meteo Server 211 B 3 Liste der verf gbaren Entit ten Entit t Typ Bemerkung CNPAR Tabelle Parameter f r Datenlieferungs System CNVLR Tabelle Ablaufsteuerung der Datenlieferung CONTROL Kommando Serversteuerung und Kontrolle DDPRIVILEG Tabelle Kompetenzen DSDIST Tabelle Angaben zu Nachbarstationen DSERZG Tabelle Angaben zu Erzeugungsgebieten DSGMD Tabelle Angaben zu Verwaltungseinheiten DSHTMO1 Tabelle Inhalte f r HTML Seiten DSKLIMA Tabelle Angaben zum Regionsklima DSLOGC Tabelle Logbuch der Datenlogger DSMAPS Tabelle Zuordnung zu Teilgebietskarten DSSCONF Tabelle Sensorkonfiguration der Stationen DSSTAORT Tabelle Geografische Standortangaben DSSTAT Tabelle Verwaltungsangaben zu den Stationen DSSTYP Tabelle Sensorbeschreibung HSSTAT Tabelle Verwaltungsangaben zu abgebauten Stationen LOGOFF Kommando Zugangssteuerung LOGON Kommando Abmeldung VLDO1 Tabelle Gepr fte Tagesdaten Standardsensoren VLDO1 Tabelle Gepr fte Tagesdaten Sonder
5. Es N Co Se Anfrage Daten j Benutzer Vorgefertigte Schnittstelle ac a Antwort Ca a Ay SI KI u Antwort senden Ze SR er Messdaten A ur N E Ki Stations be zwischen SEN Daten daten gt Ausw hlen speichern P J Cache EE Es K S Ze e Standort x ir A daten De N L H Antwort S ayou ntwor 2 N Design aufbauen Es Ki Wei E E Abbildung 5 14 Datenflussdiagramm Online Datenbereitstellung mit Zwischenspeicher Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 125 5 2 Entwurf des offenen Datenmanagementsystems Mit dem Fachkonzept wurde eine konkrete detaillierte Aufgabendefinition als Grundlage f r die Umsetzung in ein vollautomatisches Datenmanagementsystem erarbeitet Eine Reihe der Anforderungen die eine Realisierung als offenes System bewirken wurden im Fachkonzept nicht oder nur tangential angesprochen Die fachliche Funktion des Systems wird von diesen Eigenschaften wenig die Qualit t des Systems jedoch stark beeinflusst Da diese informati onstechnischen Kriterien bisher nicht ausreichend definiert sind m ssen sie in der anschlie Benden Entwurfphase dem DV Konzept im Vordergrund stehen Die ebenfalls noch nicht beschriebene Ressourcen Sicht wird soweit sie nicht in Kapitel 2 4 1 und 4 3 auf Grund der vorgegebenen Infrastruktur festgelegt ist in DV Konzept und der Implementierungsebene behandelt
6. 2 4 5 Datenbereitstellung F r die Bereitstellung der Witterungsdaten aus der zentralen Datenbank des BayStMELF an beliebige Nutzer wurden bisher zwei Wege beschritten Die allgemein nutzbare Bereitstel lung von Daten und auf ihnen beruhenden Pflanzenschutzempfehlungen findet ber Btx Datex P T Online Seite 220330 statt F r die interne Nutzung durch die bayerische Landwirtschaftsverwaltung wird eine Datenbereitstellung bzw Ankopplung spezieller Applikationen direkt ber die Gro rechneranbindung innerhalb des BayStMELF und seiner nachgeordneten Dienststellen Landesanstalten Landwirtschafts mter realisiert Die frei zug ngliche Btx L sung ist durch textorientierte Btx Seiten im CEPT Format realisiert Stand der Technik 81 CEPT T CD 6 1 78 Hier kann der Interessent ber Dialog Masken eine ihm bekannte Station entweder namentlich ausw hlen oder anhand verschiedener Listen geordnet nach Stationsnummern bzw namen Regierungsbezirks und Landkreisschl ssel oder KFZ Kennzeichen ausw hlen Nach Eingabe des Zeitraumes f r die gew nschten Daten und Datenart Stunden oder Tageswerte bekommt der Anfragende ein Antwortfenster mit maximal 10 Datenzeilen und fest vorgegebenem Ausschnitt an Messwerten Luft und Bodentemperatur relative Luftfeuchtigkeit Blattn sse und Niederschlagsmenge Abbildung 2 13 BALIS Teleberatung 0 00 DM Tageswerte f r Frankendorf HINWEIS Ende der
7. 0 59 S 0 99 204 Anhang A Meteo Protokoll Token Definition Bemerkung lt Timestamp gt T M J H NL S X Deutsches Format mit X 0 oder 000000 999999 lt Verkn pfung gt AND OR AND NOT OR NOT Logische Verkn pfung zwischen den Bedingungen siehe Verkn pfungs Liste Tabelle A 6 lt Sortierung gt ORDER lt Sortliste gt Schl sselwort ORDER gefolgt von Sortierelementen lt Sortliste gt lt Sortelement gt lt Sortliste gt ein oder mehrere Angaben mit lt Sortfolge gt Semikolon getrennt lt Sortelement gt lt Feldname gt lt Feldnummer gt Name oder Nummer des zu sortierenden Feldes lt Sortfolge gt Sortierfolge Plus ASC ist aufsteigend default oder Minus DESC absteigend lt Gruppierung gt GROUP lt Gruppenliste gt Schl sselwort GROUP gefolgt von Sortierelementen lt Gruppenliste gt lt Gruppenelement gt ein oder mehrere Angaben mit lt Gruppenliste gt Semikolon getrennt lt Gruppenelement gt lt Feldname gt lt Feldnummer gt Name oder Nummer des zu gruppierenden Feldes Anhang A Meteo Protokoll 205 Tabelle A 5 Operator Liste Op Vergleichsziel Oder Definition Beschreibung Entspricht EQ lt Feldinhalt gt lt Konstante gt EQUAL Gleich NE lt Feldinhalt gt lt Konstante gt NOT EQUAL Nicht gleich LT lt Feldinhalt gt lt Konstante gt lt
8. Vollst ndige Datens tze Complete datasets A Erfolgreiche Daten bertragung Successful communication 100 o ZA E 2 99 D 7 7 D 98 97 596 95 94 Zuverl ssigkeit Realibility 93 92 T T T ra S 5 D 3 bel Sep Okt Nov Dez Betrachtungszeitraum Period Abbildung D 1 Zuverl ssigkeit der Daten bertragung im Jahr 1995 222 Anhang D Ergebnisse der berpr fungen Vollst ndige Datens tze Complete datasets Erfolgreiche Daten bertragung Successful communication 100 D g Gs 99 GH 98 Zuverl ssigkeit Reliability S 2 N m ec 5 DN Q 5 gt lt 5 Z Jan Feb Betrachtungszeitraum Period Abbildung D 2 Zuverl ssigkeit der Daten bertragung im Jahr 1996 D Vollst ndige Datens tze Complete datasets Erfolgreiche Daten bertragung Successful communication 100 SS DB 2 99 7 gt Z 98 0 g 97 96 x 995 Ki 5 4 ed 93 92 i c Q N SS T 5 lt R SS 23 Betrachtungszeitraum Period Abbildung D 3 Zuverl ssigkeit der Daten bertragung im Jahr 1997 223 Anhang D Ergebnisse der berpr fungen BE Vollst ndige Datens tze
9. y Allgemeine Stationsbeschreibung Hersteller g Information Abbildung 5 26 Struktur der Web Seiten f r alle Benutzer Datenauswahlseite spez Datenschnittstelle Administratorsicht Der Administrator hat die M glichkeit die Navigations Hilfsmittel zu gestalten und an die aktuellen Inhalte der Datenbank anzupassen Er bewirkt per Mausklick die Aktualisierung der in Abbildung 5 26 schraffiert dargestellten generierten Web Seiten Der Administrator ist in der Lage ohne jegliche Programmierkenntnisse nur mit Hilfe eines HTML Seiten Editors und der Administrator Seiten alle Anpassungen vorzunehmen Die 158 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems Struktur der Administratorseiten zeigt Abbildung 5 27 die Seiten befinden sich auf http www stmif bayern de lbp agm admin agmadmin htm abgedruckte Beispiele Anhang C 2 im SES Legende statische Seiten Administrator Einstieg Script gt Technische Informationen WED egionskarten dl SE Bee GE e SE gt Landkr Listengenerator CZK 7 WS ti Ges GG YUU QUU Stationslistengenerator Stationsinfo Generator Protokolle Abbildung 5 27 Struktur der Administrator Webseiten Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 159 5 4 berpr fung der Implementierung Als Grundlage zur Beurteilung des offenen Datenmana
10. Stations N _ betreuung Stations N e betreuung WA A Se en 1 Anwender Daten N Beratungs N 1 nuer kunden Abbildung 5 10 Aufbauorganisation des Messnetz Betriebes als Organigramm 5 1 3 Datensicht Ereignisse und Zust nde werden durch Daten repr sentiert und bestimmen die Datensicht Hauptaufgabe eines Messnetzes ist die Erfassung Archivierung und Bereitstellung von Messdaten in Form von Zeitreihen Die zu erfassenden Ereignisse sind Messdaten also physikalische Gr en die Erfassungsorten und Erfassungszeiten zugeordnet werden Sie sind im engeren Sinne keine Bewegtdaten da keine erfassten Daten wieder entfernt werden d rfen Da sie jedoch st ndig erweitert und bei erkannten Fehlern auch aktualisiert werden sollten sie als Bewegtdaten aufgefasst werden Einen weiteren Bestandteil der Bewegtdaten bilden noch Protokollaufzeichnungen und Steuer bzw Statusdaten Zust nde werden als Stammdaten abgebildet Zu ihnen z hlen Zusatzinformationen die eine Charakterisierung der Messdaten erm glichen wie Sensoreigenschaften Beschreibung der physikalischen Gr en regionale und standortbezogene Daten Beschreibung der Erfassungsorte Grob betrachtet kann inhaltlich eine logische Dreiteilung der Daten vorgenommen werden e Steuerdaten e Messdaten e Beschreibungen und Meldungen Grunds tzlich soll das Datenmodell so aufgebaut sein dass m glichst alle geforderten Real
11. Krankheiten Datenschnittstelle Sch dlinge Getreide Kartoffeln PROGREB Biologische Bundesanstalt Kleinmachnow PC Prognosepaket Krankheiten Sch dlinge Getreide PROGNO Windows TU M nchen Weihenstephan Programmschnittstelle Objektorientierter Modellbaukasten Krankheiten und Sch dlinge Getreide Kartoffeln BALIS Bayerisches Landwirtschaftsministerium Bayer Messnetz Btx Btx T Online und Gro rechner Krankheiten Applikation Getreide Raps Gem se Obst AMBER 86 Deutscher Wetterdienst Agrarmeteorologische Forschung AMF unfangreiches modula res Prognosemodell auf dezentralen Rechen Feuchte Frost systemen des DWD Temperaturen Krankheiten Sch dlinge Waldbrand Mehrmals t glich Informationen abrufbar Telefon Fax Davon sind die modularen Systeme AMBER 85 86 und proPlant 151 152 hervorzuhe ben Sie decken einen weiten Bereich des Pflanzenschutz Warndienstes ab und k nnen durch das verwendete Baukasten Prinzip an die betrieblichen Anforderungen angepasst werden Dabei werden die Berechnungen mit AMBER durch die Au enstellen des DWD z B in Weihenstephan durchgef hrt proPlant ist jedoch eine Software f r den PC beim Landwirt oder Berater Sofern die Systeme nicht generell mit Witterungsdaten als Eingangsgr e arbeiten kann die Treffsicherheit der Beratungsergebnisse bei einer Vielzahl von Modellen durch den Einsatz regionaler agrarmeteorologischer Messdaten verb
12. Links monatsweise Zusammenfassung der 5 Jahre rechts Jahreszusammenfassungen 161 Abbildung 5 29 Anteil der erfolgreichen Datenbankeintr ge im Zeitraum 1995 bis 1999 Links monatsweise Zusammenfassung der 5 Jahre rechts Jahreszusammenfassungen 162 Abbildung 5 30 Anteile der termingerecht stattgefundenen Datenfern bertragungen zwischen Messstationen und Abrufsystem im Zeitraum von 1996 1999 163 Abbildung 5 31 Anteil der in der Datenbank gespeicherten gepr ften und zusammengefassten Messdatens tze bezogen auf die theoretisch m gliche Anzahl 167 Abbildung 5 32 Monatliche Anfragen an Webserver und Applikationsserver ohne interne Zugriffe aus dem Bayerischen Beh rdennetz anne 169 14 Abbildungsverzeichnis Abbildung 6 1 Schematischer Datenfluss nach der Erweiterung der Client Server Architektur zur Datenbereitstellung f r den Datenabruf ee 178 Abbildung 7 1 Organisationsmodell f r Messnetze links allgemein rechts Beispiel mit verschieden skalierten Komponenten nennen 181 Abbildung 7 2 Allgemeines Datenmodell f r Mesenetze 181 Abbildung 7 3 Allgemeines Funktionsmodell f r Messnetze s nsssssseesesseseesesseseesseseesesse 182 Abbildung A 1 Ablauf eines Meteo Protokoll Dialoges sessesssssssssssesessesessessessesseseesesse 206 Abbildung C 1 Begr ungsseite der Datenbereitstellung 0sesssessesesseseesesseseesessersessesee 213 Abbil
13. 0 20 m Sensor f r Bodentemperatur 0 50 m Regenmesser Ventilator f r Bel ftung Datalogger Datenleitung zum Betriebscomputer Anschlu an Stromnetz OONSODUIPwWPID Abbildung 2 9 Schematischer Aufbau der Messstationen im Bayerischen agrarmeteorologi schen Messnetz Abbildung 2 10 Ansicht einer agrarmeteorologischen Messstation Nr 6 Roggenstein Kreis F rstenfeldbruck 10 94 Quelle LBP Stand der Technik 73 2 4 1 2 Datenaufzeichnung Zur Datenerfassung wird ein modular aufgebauter Datenlogger vgl Kap 2 2 1 verwendet Die Sensoren sind je nach Beschaffenheit des Ausgangssignals eventuell ber Signalwandler z B Strom zu Spannung Signalverst rker oder Impulsformer an den Eingangsteil des Datenloggers angeschlossen Der Logger basiert auf einem Mikroprozessor Intel 8086 124 die Baugruppen sind entsprechend ihren Funktionen auf einzelne Leiterkarten in Normgr e verteilt Eine im Geh use angebrachte R ckverdrahtung auf Leiterkartenbasis realisiert die Verbindung zwischen den Baugruppen Ein normal ohne Sonderkomponenten ausgebauter Datenlogger besteht aus einer Control Processor Unit CPU Platine zwei Interface Platinen und einer Stromversorgungsplatine Auf der CPU Platine sind Prozessor Arbeitsspeicher Programmspeicher EPROM f r die Firmware Echtzeituhr und Schnittstelle zum Auswer tecomputer PC untergebracht Jede Interfaceplatine besitzt 4 Analogeing nge
14. Methodische Grundlage der Umsetzung ist die Zerlegung in berschaubare Teilprojekte Weil das Gesamtprojekt als offenes System charakterisiert und entwickelt werden soll ist aber eine zu starke Trennung in der Methodik nicht f r alle Belange angebracht Daher werden Fachkonzept DV Konzept und Implementierung nicht f r jedes Teilprojekt geson dert beschrieben Bevor die einzelnen Teilprojekte definiert und umgesetzt werden k nnen m ssen allgemeine Schnittstellen f r m gliche Module im Gesamtkonsens des Datenmana gementsystems definiert werden 5 2 1 Zentrale Komponenten 5 2 1 1 Datenbankschnittstelle Ein bew hrtes Konzept zur Realisierung offener verteilter Systeme ist die eingangs beschrie bene Client Server Architektur CSA Bei verketteten Aufgaben k nnen ebenso Dienstan bieter Server und Dienstnehmer Client kettenf rmige oder netzartige Beziehungen eingehen Ein Client kann f r andere Clients Dienste anbieten und wird somit zum Server Eine solche mehrstufige Client Server Grundstruktur wird die Grundlage f r die Verbindung der Teilprojekte Wichtigste Methode zur Realisierung eines solchen Funktions und Datenverbundes ist die klare Schnittstellendefinition Als Basisschnittstellen werden Stan dards verwendet vgl Kap 2 1 f r die Anwendungsdaten m ssen eigene Schnittstellen 126 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems definiert werden Kern der Anwenderschnittstelle des agrarmete
15. Systeme M nchen Oldenbourg 1999 770 S Wagner D G Jenseits von Schema F Datenmodelle Strickmuster f r Datenbanken In c t Magazin f r Computertechnik 1997 Nr 5 S 276 282 Wall L T Christiansen und R Schwartz L Programming Perl Sebastopol O Reilly amp Assocciates 1996 645 S Weigand J Datenflu und Datenweiterverarbeitung im agrarmeteorologischen Me netz in Bayern In Protokoll der 2 Sitzung des freien Arbeitskreises Agrarmeteorologie am 30 11 94 in Mainz Mainz LPP 1995 S Al 1 7 Welsh M und L Kaufmann Running Linux Bonn u a O Reilly 1996 630 S Wendl G G Fr hlich F Wendling J Bergermeier und K H J ger Daten bertragung im agrarmeteorologischen Me netz in Bayern In Landtechnik 1994 Stuttgart Hohenheim 13 14 Oktober D sseldorf VDI Gesellschaft Agrartechnik Max Eyth Gesellschaft f r Agrartechnik 1994 S 70 1 70 3 Wittmann O Standortkundliche Landschaftsgliederung von Bayern In Materialien 21 M nchen Geolog Landesamt 1983 Wollert J Ethernet in der Automatisierungstechnik Teil 1 Herk mmliche Feldbusse im Vergleich zu Ethernet In Elektronik Fachzeitschrift f r industrielle Anwender und Entwickler 2000 Nr 15 S 68 77 Wollert J Ethernet in der Automatisierungstechnik Teil 2 Grenzen und M glichkeiten des industriellen Ethernet Einsatzes In Elektronik Fachzeitschrift f r industrielle Anwender und Entwickler 2000 Nr 21 S 66 75
16. UBA URL V 24 V 42bis VDI WAN WWW web XML Landwirtschaftliches Kommunikationssystem Network File System Internet Verzeichnisdienst Open Data Base Connectivity Offene Datenbankschnittstelle Industriestandard Operating System Computer Betriebssystem Open Systems Interconnection Kommunikationsstandard PC Betriebssystem der IBM Personal Computer Random access memory frei beschreibbarer Speicher Read only memory nicht wiederbeschreibbarer Speicher Computerschnittstellen Norm entspricht V 24 Relationales Datenbank Management System relational data base management system Rechenzentrum Structured query language Datenbankabfragesprache Transport Control Protocol Internet Protocol Protokollfamilie Grundlage der Internet Technologie Bundesamt f r Umwelt Uniform Resource Locator Dokumentadresse im WWW Computerschnittstellen Norm auch V24 entspricht RS232C Datenkompressions und Fehlerkorrekturverfahren bei Modem Verbindungen Vereinigung Deutscher Ingenieure Wide Area Network Weitverbindungsnetz World wide web Oberbegriff f r weltweiten Internetzusammenschluss Extended markup language Text und Datenbeschreibungssprache im WWW 20 Abk rzungen und Symbole Symbole I elektrischer Strom U elektrische Spannung R elektrischer Widerstand T Temperatur absolut 9 Temperatur relativ zu Tripelpunkt des Wassers 0 C t Zeit Ma einheiten A Ampere mA Milliampere m Me
17. Zimmermann J Nutzung von Wetterdaten aus unterschiedlichen Ger tetypen des agrarmeteorologischen Messnetzes des Freistaates Sachsen zur Entscheidungsfindung 198 164 165 166 167 Literatur im Pflanzenschutz In Kurzfassung der Referate zur 4 Arbeitstagung ber Einsatz und Nutzung agrarmeteorologischer Messstationen am 28 und 29 November 1995 Mainz Landesanstalt f r Pflanzenbau und Pflanzenschutz 1995 S 10 1 10 3 Zivadinowic D Auffahrt zur Infobahn Modems oder ISDN Adapter f r Amiga Atari Mac und PC In c t Magazin f r Computertechnik 1995 Nr 12 S 170 Zivadinowic D Drahtlose Daten D1 und E Plus Fax Daten bertragung unterwegs In c t Magazin f r Computertechnik 1995 Nr 10 S 206 Zivadinowic D Information a la carte Mailboxen Leistungen und Zukunftsaussichten In c t Magazin f r Computertechnik 1995 Nr 5 S 234 Zollfrank U Agrarmeteorologisches Messnetz Rheinland Pfalz http www agrarinfo rpl de lppmainz Wetterdaten AuswahlAMM htm 1998 Anhang A Meteo Protokoll 199 A Offenes bertragungsprotokoll f r den Applikationsserver Meteo Protokoll Das Protokoll definiert Befehle und Antworten die grob betrachtet aus Paketen bestehen Diese wiederum sind aus einzelnen Feldern aufgebaut welche selbst wieder untergliedert sein k nnen Die Felder sind durch reservierte Zeichen Separatoren getrennt die Pakete mit einem Abschlusszeichen Zeilenschaltung
18. 2 1214 Dalenbanken su Bar 41 2 1 2 Datenkommunikation und Kommunikationsnetze s ssssessseeseesesseseeseessresseseese 43 2 1 2 1 Punkt zu Punkt Verbindungen u mein 47 24122 Online Dienste ee gen 48 21 23 Interner Dienste Ale a a a e a O a a o aa a 49 2 1 2 4 Online Datenz ugriffim Internet en aee Zens eege 51 2 2 Erfassungssysteme f r agrarmeteorologische Messdaten uenenenenenen 53 2 2 1 Automatische Messstationen een 55 2 2 2 Organisation Vorverarbeitung Speicherung und Weitergabe dezentral erfasster Daten 60 2 3 Messnetze f r agrarmeteorologische Daten Zeiteg geesde Ee 62 2 3 1 Internationale Beispiele russian 63 2 3 2 Agrarmeteorologische Messnetze in Deutschland 66 6 Inhaltsverzeichnis 2 4 Bayerisches agrarmeteorologisches Messnetz ss sessssessesesssressessrssressessrssressessessees 69 2 4 Messstatlon u siehe eich 69 2 4 1 1 Messwertgeber Sensoren nase 70 E ER 23 2 4 2 Sta dorte der Messstationen na iginiit i a a n s 74 24 3 Zentrale Datenerfassung en Il 75 ZAA Datenbank A ee See 71 2 4 4 1 Datenbankserver und Datenbankmanagementsystem cenenesennneeene 71 2 4 4 2 Aufbau der Datenbank Konzeptionelles Schema 78 24 3 D tenberettstell ne seh 80 RS ER E e EE 82 EEN 83 3 Probl m und Zielstellung uud site en asien 85 3 1 Problemanalyseder bestehenden L sung naked ua 86 GE TE ee EE 87 3 1 2 bertragungssicherheit und Datenverf gbarkei
19. Complete datasets Erfolgreiche Daten bertragung Successful communication N mo das Betrachtungszeitraum Period Abbildung D 4 Zuverl ssigkeit der Daten bertragung im Jahr 1998 E Vollst ndige Datens tze Complete datasets Erfolgreiche Daten bertragung Successful communication L ee ee E CS O Les N co WO kat CH N O O O O O 0 gt O O Ayngeioy yay sseeanz z q AON PO doe Betrachtungszeitraum Period Abbildung D 5 Zuverl ssigkeit der Daten bertragung im Jahr 1999 224 Anhang D Ergebnisse der berpr fungen D 1 2 bertragungszeiten An den folgenden Darstellungen sind exemplarisch die Zeitreihen der Dauer der DF und der Datenbankeintr ge aufgezeigt Die Punkte basieren auf den Mittelwerten aller Stationen f r einen Tag Abbildung D 6 bzw auf den Mittelwerten f r eine Station ber das gesamte Jahr Abbildung D 7 70 Dauer in s DB2 Insert 60 sl EP d Aw 20 r 1 A AT A CH Kc 0 r r r r r r Datum 01 01 1997 31 01 1997 01 05 1997 31 05 1997 28 10 1997 27 11 1997 27 12 1997 02 03 1997 01 04 1997 30 06 1997 30 07 1997 29 08 1997 28 09 1997 Abbildung D 6 Daue
20. Entity Attribut Type Beschreibung Quell Entity aus Systemkatalog bzw HIT Analogie VWDDXAttrib View Sicht auf IBM DB2 Oracle HIT Systemkatalog sysibm syscolumns all tab_columns meldungen elemente Entity Char 30 Tabellenname TBNAME TABLE_NAME Entity Tabentity Attribut Char 30 Feldname NAME COLUMN_NAME Tabfeld Feld ID Smallint Spaltennummer COLNO COLUMN_ID Feldnr Type Char 30 Feldtyp COLTYPE DATA_TYPE Format Length Smallint L nge LENGTH DATA_LENGTH Laenge Scale Smallint Nachkomma SCALE DATA_SCALE NK Nulls Char 2 Y N oder null NULLS NULLABLE Required Remarks Char xx Beschreibung REMARKS Nicht vorhanden Bemerkung 210 Anhang B Data Dictionary f r Meteo Server B 2 Zugriffssteuerung Beschreibung der notwendigen Kompetenzen Entity Attribut Type Beschreibung Tabelle DSPrivileg Manuell erstellte Beschreibungstabelle Definition der Zugriffssteuerung Privileg Smallint 2 Kompetenz Remarks Char 80 Beschreibung Privileg Text Beschreibung 5 Alle Privilegien Kompetenz X R 1 D U f r alle Objekte 4 Datenlieferant Kompetenz R f r alle Objekte X f r Messdateneintrag 3 Alle Leseprivilegien R f r alle Objekte X f r eine Station je nach BNR15 2 Standard Datenabruf R f r VLH VLD und VW f r WWW und Batch Abruf 1 Begrenzter Datenabruf wie 2 aber nur f r eine Station je nach BNR15 Ablage der notwendigen Kompetenzen
21. LBP Freising Stand vom 12 12 2000 In Betrieb seit 24 12 1994 Regbez Oberbayern e Lkr Freising FS e Gemeinde Freising Gkst Schl ssel 178124 und Forsten Lage H he ber dem Meeresspiegel 470 m Ern hrung geographische Breite 48 24 32 n rdlich des quators Hauswirtschaft geographische L nge 11 43 20 stlich von Greenwich Fa itschaft Standorteinheit Oberbayerisches Terti rh gelland l lehmreich langj hrige Mittel Temperatur 7 C 8 C Waldi Niederschlag 750 800 mm Jahr Dorf amp Elur RE Sensor Ausstattung Markt amp Absatz Tee TER Ma einheit Zusammenfassung 3 g Stunden Tage Stunden Tage beten TA200 TA200 Lufttemperatur 2m Temperature Air Grad C Grad C AVG AVG Buhlikationan TAO20 TA020 Lufttemperatur 20 cm Temperature Air Grad C Grad C AVG AVG E TSO05 TS005 Bodentemperatur 5 cm Temperature Soil Grad C Grad C AVG AVG T5020 T5020 Bodentemperatur 20 cm Temperature Soil Grad C Grad C AVG AVG 75050 T5050 Bodentemperatur 50 cm Temperature Soil Grad C Grad C AVG AVG RH200 RH200 Luftfeuchte 2m Relative Humidity Prozent Prozent AVG AVG WwVv250 IWV250 Windgeschwindigkeit 2 5 m Wind Velocity m s m s AVG AVG RAIN RAIN Niederschlag Rain mm mm SUM SUM GRO0OO IGRO00 Globalstrahlung Global Radiation Wam Wham AVG SUM LW100 LW100 Blattbenetzung Leaf Wetness Prozent P
22. LESS TO Kleiner als lt LE lt Feldinhalt gt lt Konstante gt lt LESS EQUAL Kleiner gleich lt GT lt Feldinhalt gt lt Konstante gt gt GREATER TO Gr er als gt GE lt Feldinhalt gt lt Konstante gt gt GREAT EQUAL Gr er gleich gt IN lt Konstantenliste gt IN IN In nach folgender IN x y z Liste NI lt Konstantenliste gt NOT IN NOT IN Nicht in Liste NOT IN BW lt Konstante gt lt Konstante gt BETWEEN BETWEEN Zwischen xundy BETWEEN x AND y NB lt Konstante gt lt Konstante gt NOT NOT Nicht zwischen NOT BETWEEN BETWEEN BETWEEN IS lt Konstante NULL gt IS IS NULL Null Wert leer IS NULL SN lt Konstante NULL gt IS NOT IS NOT NULL Kein Null Wert IS NOT NULL Tabelle A 6 Verkn pfungs Liste Operator Definition Beschreibung AND logisches UND und zugleich OR logisches ODER Oder AND NOT logisches UND NICHT und nicht OR NOT logisches ODER NICHT oder nicht Den Ablauf eines Dialogbefehls zeigt Abbildung A 1 206 Anhang A Meteo Protokoll Befehl Retrieve Insert Update Delete Execute y y y y v Datenmanipulation Kommando Daten abrufen ausf hren ausf hren rnein vorhanden ae solange vorhanden Datenausgabe Teilantwort Yy n chster Satz p pa Status R ckgabe Antwort Abbildung A 1 Ablauf eines Meteo Protokoll Dialoges
23. Prozessrechentechnik Grundlagen Hardware Echtzeitverhalten Berlin Literatur 191 34 35 36 37 38 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 Heidelberg New York Springer Verlag 1994 226 S Flanagan D und Konstantin Agouros Java in a Nutshell Bonn O Reilly 1997 450 S Flanagan D und Peter Klicman Java in a Nutshell Deutsche Ausgabe f r Java 1 1 K ln O Reilly 1998 640 S Fremuth H und R Zels OS 2 2 0 M nchen te wi Verlag 1992 614 S Friedrich S und F J L pmeier Agrarmeteorologische Aspekte zur Vorhersage witterungsabh ngiger Pflanzenkrankheiten In Landwirtschaftliches Jahrbuch 67 1990 S 245 251 Friedrichs T Datenlogger COMBILOG 1020 Ger tebeschreibung Schenefeld b Hamburg Theodor Friedrichs amp Co Meteorologische Messger te und Systeme GmbH 1995 146 S Friesland H Ein meteorologisch begr ndetes Prognoseverfahren f r den Kohltriebr ssler in Winterraps In Landwirtschaftliches Jahrbuch 1990 Nr 67 S 253 257 Frotscher T Ein Web Frontend f r Datenbanken In c t Magazin f r Computertechnik 1999 Nr 19 S 292 300 Geiger K Inside ODBC Unterschlei heim Microsoft Press 1995 462 S Gentler G und I Krochmann Die Messung der f r die Photosynthese wirksamen Bestrahlungsst rke In Gartenbauwissenschaft 1978 Nr 43 S 271 275 Gilgenberg Hartung A Viel L rm um
24. Verwendete Abk rzungen und Symbole Abk rzungen ADIS ADED Agricultural Data Interchange Syntax Agricultural Data Element Dictionary AGM agm ANSI ASAE ASCII AT BALIS BayStMELF Btx C CCITT CEPT CERT CGI cgi CPU CSA CSS DIN DB2 Daten bertragungsstandard Agrar Meteorologie agrarmeteorologisch American National Institute of Standards American Society of Agricultural Engineers American Standard Code for Information Interchange Befehlssatz zur Modem Steuerung Industriestandard Bayerisches Landwirtschaftliches Informationssystem Bayerisches Staatsministerium f r Ern hrung Landwirtschaft und Forsten seit 2001 BayStMLF Biltschirm Text auch Datex J sp ter t Online Programmiersprache C Comit Consultatif International T l graphique et T l phonique sp ter ITU T Conf rence Europ ene des Administrations des Postes et des T l communications Normungsgremium Computer Emergency Response Team Organisation f r Computer und Netzwerksicherheit Common Gateway Interface Schnittstelle von WWW Servern Computer Graphics Interface Normentwurf f r Bildaustausch Control Processor Unit Hauptprozessoreinheit eines Computers Client Server Architecture Cascaded Style Sheet Stielvorlagen f r WWW Dokumente Deutsches Institut f r Normung Data base 2 DBMS der IBM 18 Abk rzungen und Symbole DBMS DD DDL DF DML DOS DSS DWD EU EC EDI EDV GIS GPS html
25. Wochen bersicht als vorgefertigte Datenauswahl nach Mausklick auf eine Station 216 Anhang C Aufbau der grafischen Benutzerschnittstelle SZ BayStMLF Landwirtschaft Netscape MEE File Edit Yiew Go Communicator Help 2 3 A a 3 88 3 Reload Home Search Netscape Print Security Shop Stap Back Ford Bayerisches Staatsministerium f r Landwirtschaft und Forsten Ern hrung Hauswirtschaft Landwirtschaft Wald Dorf amp Elur Gartenbau Markt amp Absatz Termine Publikationen Suchen Links StMELF Landwirtschaft Pflanzenbau Wetterdaten Anfang j Bayerische Agrarmeteorologisches Me netz Bayern l Landesanstalt f r LBP Wetterdatenabruf Bodenkultur und Pflanzenbau Wetterstation Nr 8 LBP Freising Regbez Oberbayern e Lkr Freising FS e Gemeinde Freising Gkst Schl ssel 178124 Datenausgabe modifizieren Ausgabe von Stunden Durchschnittswerten v Zeitraum von 08 03 2001 bis einschl 15 03 2001 Daten verf gbar von 24 12 1994 bis 14 03 2001 Art des Datenempfangs als Datei csv Format z Falls Sie Datenempfang als Datei w hlen wird die Stee Gr a Datei auf Ihre Festplatte bertragen Vorher k nnen Informationen zur Datei bertagung Sie Dateinamen und Pfad angeben Welche Me daten Min Max Hinweis RI Lufttemperatur 200 cm Lufttemperatur 20 cm Ausgegeben werden jeweils die Tages bzw S
26. ber Standort Eigenschaften Zustand und Betreuer der Messstationen Der Zugriff auf die abgelegten Daten erfolgt entweder von einer Arbeitsstation des Gro rechners oder ber das lokale Netzwerk Im Rechenzentrum sind dazu IBM spezifische Komponenten zur Telekommunikation Virtual Telecommunication Access Method VTAM zum verteilten Zugriff auf das Datenbankmanagementsystem Distributed Relatio nal Database Architecture DRDA Distributed Database Connectivity Services DDCS und zum eigentlichen Netzwerkzugriff Systems Network Architecture SNA und Logical Unit 6 2 LU 6 2 installiert die physikalisch ber ein Token Ring Netz erreichbar sind 70 2 4 4 2 Aufbau der Datenbank Konzeptionelles Schema Schon in der ersten Ausbaustufe der Datenbank war der Grundsatz bei ihrer Entwicklung ein System mit m glichst umfassender Schnittstelle zwischen Wetterstation Messdatenbasis Anwender und Administrator zu schaffen Trotzdem wurde eine relativ flache Datenstruktur verwendet die Witterungsdaten Standortinformationen und einige Protokoll und Steuerin formationen auf die Datenbank abbildet Die Tabellen gliedern sich entsprechend ihrer Aufgaben in 4 Gruppen e Steuertabellen e Protokolltabellen e Messwerttabellen Stand der Technik 79 e Stationsinformationen Eine Normalisierung wurde nicht vorgenommen obwohl daraus resultierend keine optimale Datenbank Struktur vorliegt und keine optimale Ressourcenausnutzung stattfind
27. der tempor ren Zwischenspeicherung der Messdaten vor Ort im Datenlogger f r einen Zeitraum von mehr als einem Tag kann ausgegangen werden Das Abrufsystem betrachtet die Datenlogger daher als Datenserver auf die es als Client zugreifen kann Auf der Datenbank seite ist es ebenso ein Client der auf einen entfernt im lokalen Netzwerk angeordneten Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 133 Server zugreift Die eigentliche Anbindung der Messstation an das Abrufsystem ist entwick lungsbedingten Unterschieden unterworfen Feststehende Parameter sind eine standardisierte serielle Schnittstelle RS232C und ein nichtstandardisiertes herstellerabh ngiges bertra gungsprotokoll Weder als standardisiert noch als zeitlich feststehend aufzufassen ist die Art der Vernetzung mehrerer Stationen und die berwindung gr erer Distanzen zwischen Messstation und Zentraldatenbank Daher sind alle mit diesen Schnittstellen kommunizie renden Teilprozesse offen zu gestalten insbesondere modular und austauschbar Abbildung 5 21 zeigt die notwendigen Module f r das Datenabrufsystem deren Aufgaben im einzelnen wie folgt definiert sind e Die Bedienerschnittstelle soll nur von Administratoren zur groben Programmsteuerung und kontrolle verwendet werden Das Gesamtprogramm muss vollautomatisch ablaufen Interaktionen mit der Bedienerschnittstelle d rfen diesen Ablauf nicht unbewusst beein tr chtigen Es bietet sich die Nutzung ein
28. die als Spannungsmesskanal z B Globalstrahlungssensor oder in Verbindung mit einer integrier ten Konstantstromquelle als Widerstandsmesskanal z B Pt 100 Temperatursensor verwen det werden k nnen und 4 Digitaleing nge die als Zustands oder Z hlereing nge benutzt werden k nnen Die Messstation wird vom 230V Stromnetz versorgt da zwar der elektrische Leistungsbedarf des Datenloggers mit einer Solarstromversorgung abgedeckt werden k nnte aber nicht der zus tzliche Energiebedarf f r den Motor zur Temperatursensor Bel ftung und die Niederschlagsmesser Heizung Die Stromversorgungseinheit wurde bei einigen Messan lagen durch einen einfachen berspannungsschutz komplettiert Die Messung der Eingangsgr en erfolgt im 10 Sekundentakt aus diesen Werten werden durch gleitende Mittelwertbildung wahlweise 10 30 oder 60 Minuten Mittelwerte gebildet Mit den Z hlereing ngen wird die Anzahl der in diesem Intervall aufgetretenen definierten Pegelwechsel Impulse gez hlt also aufsummiert In einem Ringspeicher werden die Messdaten gemeinsam mit einem fortlaufendem Index und einmaliger Speicherung der Messintervall Zeit und dem Zeitstempel einer Messung entsprechend der quarzgenauen Echtzeituhr als Datensatz aufeinanderfolgend abgelegt Dieser Ringspeicher besitzt ein Speicherverm gen von 512 Datens tzen bei einem 10 Minuten Messintervall also f r reichlich 85 Stunden bzw 3 5 Tage Speicher und Echtzeituhr sind batteriegepuffert so d
29. e darstellt die einen Betrag Windgeschwindigkeit und eine Richtung aufweist sind bestandesnahe Verh ltnisse zu erfassen Da der Windverlauf stark von der Gel ndebeschaffenheit abh ngig ist wird die Windgeschwindigkeit in 2 5 m H he gemessen um keine die Messergebnisse stark verf lschenden boden und bewuchsnahe Turbulenzen zu erfassen Auf die Bestimmung der Windrichtung wird im allgemeinen bei Messungen die der Be stimmung des Bestandesklimas dienen verzichtet Das gilt auch f r die Erfassung des Luftdruckes Beide Gr en haben hohe Relevanz bei der Wetterprognose die jedoch an sich einen wesentlich gr eren Mess und Beobachtungsaufwand erfordert Sind qualitativ hochwertige Wetterprognosen erforderlich wird die direkte Mitarbeit von Meteorologen und Hochleistungsrechenanlagen n tig Aus diesem Grund werden von automatischen Kleinwet terstationen f r wissenschaftliche Zwecke keine Prognosen verlangt 2 2 1 Automatische Messstationen Ausgehend von der Forderung die erfassten Messdaten in elektronischen Systemen weiter zuverarbeiten kommen Sensoren als Wandler der nichtelektrischen technischen Prozessgr Ben in elektrische Signale zum Einsatz 145 Die f r die Wandlung der meteorologischen Messgr en verwendeten Sensoren haben als Ausgangsgr en elektrischen Widerstand Kapazit t Spannung oder Strom Da nicht nur der momentane statische Zustand der Messgr en sondern auch deren Verlauf interessant ist m
30. sungen zur Datenanalyse z B Microsoft Excel Access ist nur ber Kopieren und Einf gen drag and drop von ausgew hlten Datenausschnitten und nur f r den an diesem lokalen Netzwerk partizipierten ausgew hlten Nutzer online m glich Von den terminalbasierenden Anwendungen ist der schrittweise bergang zum Beh rdennetz geplant einem in informationstechnischer Sicht offenen Intranet welches eine breite Vielfalt an Client Server Softwarel sungen erlaubt 2 4 6 Organisation Die Kontrolle ber das Messnetz obliegt dem Bayerischen Staatsministerium f r Ern hrung Landwirtschaft und Forsten Der Betreiber des Messnetzes ist die Bayerische Landesanstalt f r Bodenkultur und Pflanzenbau als nachgeordnete Dienststelle die die Organisation bernimmt Durch sie wird die finanzielle Bewirtschaftung die technische Betreuung und t gliche Kontrollaufgaben vorgenommen F r ausschlie lich technische Aufgaben wie Ver nderungen und Reparaturen an den Stationen sowie die turnusgem en Wartungsarbei ten gibt der Betreiber Auftr ge an eine Wartungsfirma weiter Der Betrieb des Datenbank managementsystems und der dazu n tigen Infrastruktur wird vom Rechenzentrum des BayStMELF realisiert die Kontrolle und Pflege der Datenbank bernimmt der Betreiber Auftr ge f r Entwicklungen im Hard und Softwarebereich werden an Dritte vergeben Die Verantwortung f r den reibungslosen Betrieb der technischen Systeme des Bayerischen agrarmeteorol
31. wurde es auch wenn es Besonderheiten aufweist die es von der Welt der offenen Systeme abgrenzen zum Vergleich herangezogen Hardwareplattform f r das System ist ein IBM kompatibler PC Intel Pentium Als zweites System kam der als Open Source verf gbare und alle Kriterien eines offenen Systems erf llende Apache Webserver http www apache org Version 1 2 auf einer Digital Alpha AXP Workstation 3000 6008 unter Digital UNIX Version 4 0 zum Einsatz Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 107 5 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems Nach der bereits beschriebenen Analyse des Vorzustandes und der Auswahl der Vorgehens modelle zur Erstellung informationstechnischer Systeme werden im Folgenden die Ergeb nisse von Definition Entwurf Implementierung und berpr fung der Qualit t des verbes serten offenen Datenmanagementsystems f r agrarmeteorologische Messdaten dargestellt Zur genauen Systemdefinition kann ein allgemeing ltiges Input Output Modell 31 herangezogen werden Es erm glicht nicht nur die klassische Modellierung von Stoff und Energiestr men sondern kann dar ber hinaus auch f r Informationsstr me herangezogen werden Im Fall agrarmeteorologischer Informationen besteht der Input aus Wetterdaten der Output soll eine Entscheidungshilfe f r den Pflanzenbauer sein Abbildung 5 1 Datenverlust verf lschung Sensoren Daten fern Rechen und Elektron
32. x J Es x enth lt m Sensor 1 1 KEN EG Po GZ Sensor2 Sensor 1 u gt N a Standard A konfigurations Pa Messdaten Information 1 satz Le S y I Mzeit EN A Mzeit L Sensorn TL Station J gt N gt gt SS I StatNr Ho SensorTyp L TA200 Rn S Pi Ka Zuordnungs X Ch TA020 ER Parameter BR EN If renge Sonder A N Messdaten E UE E satz T8050 Messzeit C RH200 KN N f WV250 StatNr I 4 N fe 3 a C RAIN ES i SensorTyp J GRO0O L svalue L LW100 Abbildung 5 17 ERM der Eingangs Messdaten mit der Zuordnung von Erfassungsort zu Tabellenposition ber die Sensorkonfiguration Durch die Sensorkonfigurationstabelle gibt es eine Entit t in der Datenbank die f r jede verwendete Komponente gleich ob Hardware oder Software bzw sequentieller Datensatz die Zuordnung zwischen dem am Sensor erfassten Messwert und dem entsprechenden Attribut der Entit t Messdatensatz erm glicht Diese Entit t ist f r die vollst ndige Be schreibung der Sensoreigenschaften um eine Entit t mit Attributen ber Berechnungsfakto ren Grenzwerte und Zusammenfassungsvorschriften erweiterbar Die Messdaten werden in zwei Entit ten als Standardmessdatensatz f r die an fast allen Stationen vorhandenen Sensoren und per Fremdschl ssel angeschlossenem variablen Datensatz f r Sondersensoren abgelegt Die Attribute des Standardsatzes sind neben den Schl sselfeldern zur zeitlichen und stand rtlichen Zuo
33. zes also die Organisation des Auf und Abbaus von Stationen sowie die Dokumentation und Buchhaltung von Betrieb Wartung und Instandsetzung der Messanlagen mit der Erfassung der zugeh rigen Daten wird nicht ber das vollautomatische Datenmanagementsystem 110 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems gef hrt Daher konzentrieren sich die weiteren Zerlegungs und Beschreibungsschritte auf die folgenden drei Komponenten e Messdatenerfassung e Messdatenaufbereitung e Bereitstellung der aufbereiteten Messdaten Die Messdatenerfassung beginnt aus der Sicht Datenmanagementsystems an der Daten schnittstelle des Datenloggers Die Aufgabe dieser Komponente ist der zuverl ssige Abruf aller verf gbaren und noch nicht in der zentralen Datenbank vorhandenen Messwerte des gesamten Netzwerkes Als Randbedingungen sind Anwenderw nsche zu Aktualisierungsrate Anzahl der t glichen Abrufe und Aktualisierungszeitpunkt aber auch konomische Aspekte Kosten der Datenfern bertragung auf Fremdnetzen zu beachten Als ereignisgesteuerte Prozesskette EPK unter Ber cksichtigung des Datenflusses ergibt sich folgendes Bild Abbildung 5 2 Es Abrufzeit x Bas Messdaten erreicht gt bereit D Data E E A N logger Steuerdaten Dr Y V e Daten Roh gt abfragen _ _ Messdaten Stationsdaten J Ausstattung e Mes
34. 1 RL aeordnei gt 1 Zuordnungs satz a ES tabelle En Sa Tabelle DF Zeitstempel N 1 LJ DW If If Zeitstempel Se s gt _ Position Position 1 SE Es ESCH Ge 7 SE N CN N H Sensor FMA kA CW H Sensor N A _Sensortyp Position Se A 4 Se Pa rn H Sensor s t FMA WW L Sensor Ki Pr Sensortyp _ Ne vi LA en lt definiert gt lt definiert gt Sensor 17 K lt P SS Ba enth lt D A 1 1 EC O 4 Sensor 1 lt ordnet zu gt AN n Standard konfigurations NT A Messdaten Tabelle 1 De KT satz a A S L MTkey 4 Station ES SS S S lt i StatNr e lt SensorTyp m TA200 N e Pa us IN I I _TA020 Position f TS005 x gt eu CW EN ESA A Sonder _ Position lt ordnetzu gt n M S z 7 e ra eg g To less k en LC TS050 ef Men 7 sr e Foren L Mike e k wv250 m StatNr A RAIN STyp 7 lt gt x H GR000 SValue CS i g LW100 Abbildung 5 22 ERM der Zuordnung der Messdaten zu den Erfassungsorten mit Hilfe vor Ort gespeicherter Daten und der Sensorkonfigurationstabelle f r die Implementierung mit FMA86 und Controller CW Die Abrufsoftware wurde als Multithread Programm in der Programmiersprache C realisiert und auf einem IBM PC unter dem Betriebssystem OS 2 implementiert Thre
35. 15 Aufbau der Datenbank des agrarmeteorologischen Abbildungsverzeichnis 13 Datenmanagemenssyseis a a eu es 126 Abbildung 5 16 ERM der Steuerdaten und Ankn pfung zu den Messdaten 127 Abbildung 5 17 ERM der Eingangs Messdaten mit der Zuordnung von Erfassungsort zu Tabellenposition ber die Sensorkonfiguration nennen 128 Abbildung 5 18 ERM der Messdatenpr fung und Zusammenfassung Plausibilisierung 130 Abbildung 5 19 Netzwerktopologie a use aaa 131 Abbildung 5 20 Topologische Darstellung der Komponenten des Datenmanagementsystems Abbildung 5 21 Module des Datenabrufsvatems 134 Abbildung 5 22 ERM der Zuordnung der Messdaten zu den Erfassungsorten mit Hilfe vor Ort gespeicherter Daten und der Sensorkonfigurationstabelle f r die Implementierung mit FMA86 und Controller CW1 ss atalesisheinndu ei 144 Abbildung 5 23 Struktur und Datenfluss des Datenabrufprogramms wdb3 146 Abbildung 5 24 Mehrstufige Client Server Architektur des Datenbereitstellungssystems 151 Abbildung 5 25 Prinzip der Erzeugung der dynamischen Web Seiteninhalte 156 Abbildung 5 26 Struktur der Web Seiten f r alle Benutzer snsssessesseseesessesessseseesrsersesse 157 Abbildung 5 27 Struktur der Administrator Webseiten ssssssesseesessesseseesesseseesssseesessesesse 158 Abbildung 5 28 Anteil der vollst ndig bertragenen Datens tze im Zeitraum 1995 bis 1999
36. 3 2 EIERE Kee ar lee 142 5 3 3 Kontroll und Wartungsfunktionen f r Abrufsystem und Datenbank 147 5 3 4 Datenpr fung und zusammenfassung nen 149 8 Inhaltsverzeichnis 5 3 5 Berteitstellunassysten EE 150 5 3 5 1 Applikationsserver Datenbankschnittstelle eeneen 152 5 3 5 2 Anwendungsschnittstelle und bertragungsprotokoll des Applikationsservers Meteo E EE 153 5 3 5 3 EE ee 155 5 4 berpr fung der Implementierung sseiseiseieeseeesstissirsereserriesirssrrseresrtsrirssresrrerren 159 34 1 Datenabru ystem sahne anna Rn 160 5 4 2 D tenbereitstellungssystem uw as eisen 167 6 Diskussionder Ergebnisse 2 ns ae 173 6 1 Beurteilung des offenes Datenmanagementsystems sssssesseseeseesseesseseessresreseessesse 175 6 2 Praktische berpr fung der Offenheit ke 7 Folgerungemnund Ausblick ame 179 E E a a rn ernennen 179 7 1 1 Durchgehender Einsatz von Intformatonsmodellen 180 7 1 2 Allgsmeines Informatisnstisdell ran leeren 180 3 2 Weiterf hrende Arbeiten 183 7 2 1 Standardisierung von Kommunikationskan len s sesessseseesesseseesesseeeesseseesesse 184 7 2 2 Publikation informationstechnischer L sungen nennen 184 7 2 3 Integrierte informationssysteme a nassen en 185 T22 A sbliek ass hagebau 185 EE EE ae enter 187 97 Eitera e EEN 189 Inhaltsverzeichnis Anhang A Offenes bertragungsprotokoll f r den Applikat
37. Anzahl Datens tze in die Datenbank geliefert wurden Im linken Bereich der Abbildung ist wieder der mittleren Jahresverlauf der bertragung dargestellt wobei eine monatliche Zusammenfassung vorgenommen wurde Der rechte Teil zeigt die Zusammenfassung aller Monate eines Jahres Die Schwankungen innerhalb Monate und Jahre fallen geringer aus der Einfluss der turnusgem en Wartungen entf llt Nur der Einfluss der Sommergewitter ist durch eine h here Schwankungsbreite der Zuverl ssigkeit im Juni erkennbar Der Mittelwert der Zuverl ssigkeit der Datenfern bertragung liegt mit ber 99 sehr nah am Idealwert Detaillierte Darstellungen mit Grafiken f r die einzelnen Jahre befinden sich im Anhang D 1 1 Anteil erfolgreicher Datenbankeintr ge Anteil erfolgreicher Datenbankeintr ge 100 0 100 0 99 0 98 0 97 0 96 0 95 0 Z 5 Abbildung 5 29 Anteil der erfolgreichen Datenbankeintr ge im Zeitraum 1995 bis 1999 Links monatsweise Zusammenfassung der 5 Jahre rechts Jahreszusammenfassungen 99 0 98 0 97 0 96 0 95 0 M rz A April e Mai Juli August A September MEM 1995 1996 1997 1998 Januar MA Februar HEA Oktober FE November HEEE Dezember HEHEHE Mittelwert FE 1000 M uewen Fe Da sich diese Auswertungen auf den Inhalt der Rohdatentabellen beziehen stellen sie ein statisches Ergebnis dar und treffen keine Aussag
38. Btx Decoder 3 1 1 Anlagensicherheit Beim Aufbau der Messstationen wurde ein gro er Anteil an Eigenleistungen insbesondere im Bereich der Verkabelung der Anlagen durch die betreuenden Landwirte oder Versuchs g ter erbracht Diese kosteng nstige L sung hatte jedoch den Nachteil dass nicht immer die geltenden Vorschriften eingehalten oder standortspezifische Beeintr chtigungen richtig eingesch tzt wurden Die nachtr gliche Gew hrleistung der elektrischen Sicherheit entspre chend der geltenden Vorschriften nach VDI VDE 61 wurde nach dem Wechsel der betreu enden Wartungsfirma in den Jahren 1993 1995 realisiert Ein weiterer Mangel bestand in der Vernachl ssigung notwendiger Ma nahmen zum berspannungsschutz bei den meisten Messstationen und den angeschlossenen bertragungs und Datenerfassungseinrichtungen Dieser Mangel wurde durch die Implementierung verschiedener berspannungsschutz Einrichtungen behoben 97 F r die wissenschaftliche Arbeit zur Schaffung eines offenen Datenmanagementsystems m ssen diese Probleme und die durchgef hrten Ma nahmen nur als Nebenbedingungen bei der Analyse und berpr fung des Systems registriert werden 88 Problem und Zielstellung 3 1 2 bertragungssicherheit und Datenverf gbarkeit 3 1 2 1 Datenerfassung ber Btx Die Aufgabenstellung zur vorliegenden Arbeit wurde zu einem Zeitpunkt formuliert zu dem der systematischen Verbesserung des Datenmanagementsystems mit wissen
39. Datenbanksysteme mit integrierter WWW Schnittstelle WWW Server mit Komponentenschnittstelle Standard Gateways CGD Die erste Variante ist immer herstellerspezifisch unterst tzt meist keine Standards oder Standard Schnittstellen und ist damit nicht f r ein offenes System anwendbar Die zweite M glichkeit findet relativ weite Verbreitung ist jedoch auch an bestimmte Systeme oder Hersteller gekoppelt z B ASP Active Server Pages von Microsoft 135 Scriptsprache PHP 105 Die einzige wirklich offene L sung bietet die Verwendung von Standard Gateways von denen das Common Gateway Interface CGI f r jeden WWW Server verf gbar ist In Verbindung mit offenen Programmiersprachen z B C Java und standardi sierten Datenbankverbindungen ODBC SQL kann so gut eine offene L sung geschaffen werden e Datenformate Entsprechend den Hauptanwendungsgebieten f r die angeforderten Witterungsdaten werden in erster Linie Zeitreihen ben tigt Diese werden in Form von Tabellen bereitgestellt Da es jedoch keinen ausschlie lichen Standard zur bertragung von Tabellen gibt sollen die am meisten verbreiteten Datenformate unterst tzt werden Der Umfang der Daten und die verf gbare Bandbreite der Datenfern bertragung lassen es zu die Messreihen als Text nach dem ASCI Standard anzubieten Die Trennung der einzelnen Tupel Zeilen der Tabelle wird Industriestandard Konform durch Zeilenschaltungszeichen realisiert Die Trennung der Attr
40. Die Besonderheit bei der messtechnischen Erfassung dieses Kleinklimas liegt in der Auswahl der Messgr en und der Messorte Um die Resultate von meteorologischen Messungen im landwirtschaftlichen Bereich gegen ber anderen Witte rungs und Klimadaten abzugrenzen werden sie als agrarmeteorologische Messdaten bezeichnet Die Daten m ssen an Orten erfasst werden die f r m glichst viele Nutzpflan zenarten relevant sind Von Interesse sind die pflanzenbeeinflussenden Gr en wie Tempe ratur Licht und Wasserhaushalt Die gemessenen physikalischen Gr en sind e Temperatur e Strahlung e Niederschlag e Luftfeuchtigkeit und e Wind Die Umgebungstemperatur bestimmt neben der strahlungsbedingten Eigenerw rmung die Zelltemperatur einer Pflanze die eine wesentliche Einflussgr e auf alle Wachstums und Stoffwechselvorg nge darstellt Sie wird als Lufttemperatur in H hen kurz ber einem ausgewachsenen Bestand gemessen und um durch einen zweiten Wert die Berechnung eines Temperaturprofils zu erm glichen kurz ber dem Boden Minimum am Erdboden Die Bodentemperatur hat entscheidenden Einfluss auf das Bodenleben als biologische Grundlage f r das Pflanzenwachstum Sie wird in geringer Tiefe von 5 cm Keimtemperatur Anfangs entwicklung von Spross und Wurzeln sowie Sch dlingsentwicklung und in etwas gr erer Tiefe von 20 cm und oder 50 cm Pflugtiefe Frostgare Dynamik der Bodenerw rmung gemessen Sie kann zum einen zur Berech
41. Einhaltung von Erfahrungswerten langj hrige Mittel etc Damit ergeben sich verschiedene Vergleichsdatenquellen e Sensorabh ngige Grenzwerte e Witterungsdaten aus der Vergangenheit e Momentandaten benachbarter Sensoren e Momentandaten gleichartiger Sensoren von rtlich benachbarten Stationen e Langj hrige Klimadaten Treten bei der Pr fung Zweifel oder Fehler auf sind entsprechende Hinweise f r die Admi nistratoren des Messnetzes bereitzustellen Zur Kontrolle und Wartung des Systems m ssen Schnittstellen vorhanden sein die jederzeit Betreiber und Entwicklern einen Zugriff auf Systemzust nde und Daten erlauben Solange der direkte Fernzugriff auf die Datenbank zur Steuerung der Client Programme oder zur 136 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems Kontrolle der Logbuchaufzeichnungen durch alle am Messnetzbetrieb partizipierten Organi sationen nicht m glich ist muss eine Schnittstelle geschaffen werden die diese Administra toren Zugriffe z B per Modem realisiert Prinzipiell kann ein solches System aus angepass ten Komponenten des Abrufsystems abgeleitet werden 5 2 2 3 Datenbereitstellung Vor der entg ltigen Festlegung des Verfahrens f r die Online Datenbereitstellung im Internet wurden die im Bereich der Messdatenbereitstellung nutzbaren und verbreiteten M glichkei ten und Alternativen untersucht e Datenzugriffsverfahren Zum ersten musste Klarheit ber die inhaltliche G
42. F r die allgemeing ltige Beschreibung des Datenmanagements in agrarmeteorologischen Netzwerken ist eine Zuordnung zu informationstechnischen Strukturen notwendig Die Begriffe Daten und Information sind allgemeing ltig und pr gnant von der Internationalen Standardisierungs Organisation ISO definiert e Daten sind eine Darstellung von Fakten Konzepten oder Anweisungen in formalisierter Weise die zur Kommunikation Interpretation oder Verarbeitung durch Menschen oder automatische Mittel geeignet sind ISO 2382 1 e Information ist die Bedeutung die ein Mensch den Daten unter Zuhilfenahme der Kon ventionen die in ihrer Darstellung genutzt wurden zuweist ISO 2382 1 Durch die Vernetzung von Informationsquellen und nutzern entsteht ein Informationssys tem welches aus Menschen und Maschinen besteht die Informationen erzeugen und oder benutzen und die durch Kommunikationsbeziehungen miteinander verbunden sind 58 Zur Handhabung von Informationssystemen werden die Methoden Informationsmanagements angewandt Als wichtigste inhaltliche Bestandteile von Fachinformationssystemen f r die Landwirtschaft nennt ROTTLER 117 e Datenmodelle und Datenbank Managementsysteme e Fakten und Literaturdatenbanken e Betriebliches Datenmanagement e Elektronische Informationssysteme e Hypertext und Hypermedia Anwendungen e Rechner und Kommunikationsnetzwerke e Hardwaresysteme und Kommunikationsmedien e Wissensbasierte Methoden zur Inf
43. Fungizid Modelle im Vergleich In DLG Mitteilungen 1995 Nr 3 S 18 Tr nkler H R Taschenbuch der Messtechnik mit Schwerpunkt Sensortechnik M nchen R Oldenbourg Verlag GmbH 1989 202 S Literatur 197 146 147 148 149 150 151 152 153 155 156 157 158 159 160 161 162 163 Tsichritzis D C und A Klug The ANSVX3 SPARC DBMS Framework Report of the Study Group on Database Management Systems In Information Systems 1978 Nr 3 S 173 191 Vaitl W Agrarmeteorologisches Messnetz in Bayern In Landwirtschaftliches Jahrbuch 1990 Nr 67 S 171 175 Verein Deutscher Ingenieure VDI 3786 Blatt 5 Meteorologische Messungen f r Fragen der Luftreinhaltung Globalstrahlung direkte Sonnenstrahlung und Strahlungsbilanz 1986 Verein Deutscher Ingenieure VDI 3786 Blatt 13 Meteorologische Messungen f r Fragen der Luftreinhaltung Agrarmeteorologische Messungen 1991 Vogel A und M Rangarao Programming with Enterprise Java Beans JTS and OTS New York Wiley 1999 368 S Volk T und J Frahm System proPlant Wetterdaten auswerten In ds Agrarmagazin Die Landwirtschaftliche Zeitschrift f r Management Produktion und Technik 1991 Nr 3 S 18 20 Volk T A Johnen und G Klingenhagen Was proPlant jetzt bietet In DLG Mitteilungen 1995 Nr 3 S 28 Vossen G Datenbankmodelle Datenbanksprachen und Datebankmanagement
44. Langzeit speicherung historischer Messdaten gew nscht ist liegen den Systemen gro e Datenarchive zugrunde Wegen der hohen Anschaffungs und Betriebskosten sind Messnetze entweder an gr ere Unternehmen gebunden oder arbeiten kostendeckend durch den Verkauf der Daten an mehrere Interessenten bzw sie werden auf Grund von politischem oder wissenschaftli chem Interesse mit ffentlichen Mitteln gef rdert 2 3 1 Internationale Beispiele In vielen L ndern mit einer hoch technisierten Landwirtschaft und einer entwickelten Informationsinfrastruktur sind agrarmeteorologische Messnetze zu finden Insbesondere in den USA werden zur Bew sserungssteuerung aber auch f r Entscheidungshilfen im Pflan zenschutz Wetterdaten aus Messnetzen genutzt Im folgenden werden einige internationale Beispiele f r meteorologische Messnetze vorwiegend aus den USA die berwiegend durch Agrarproduzenten genutzt werden vorgestellt Einige Messnetze bieten aktuelle und histori sche Messdaten sowie regionale Beratungsergebnisse Beregnungsinformationen Pflanzen schutzhinweise Witterungswarndienste kostenlos im Internet oder ber Mailboxen an In anderen Regionen werden von den staatlichen Wetter mtern Wetterdaten ber verschiedene Medien gegen Bezahlung auf verschiedenen gedruckten und elektronischen Medien angebo ten In Tabelle 2 5 sind internationale agrarmeteorologische Datenerfassungsnetze nach Ausstat tung sowie Art und Inhalt der Datenbereitste
45. Modell in der Landwirtschaft In Proceedings of the 2nd Sapporo International Symposium 2000 Electronic Farm Communication with LBS Hokkaido Japan Hokkaido Branch of JSAM 2000 S 89 115 Spie B und H Auernhammer Vergleich der Abgrenzung der Klimaregionen nach KTBL und Praxiserhebungen in Bayern f r die Arbeitszeitplanung von Feldarbeiten In Bornimer Agrartechnische Berichte Potsdam Bornim Institut f r Agrartechnik Bornim e V 1997 S 122 133 Stangl F Erstellung einer objektorientierten Entwicklungs und Auswertungsumgebung zum rechnergest tzten Pflanzenschutz Dissertation Fakult t f r Landwirtschaft und Gartenbau der Technischen Universit t M nchen 1994 198 S Stanzel H Einsatzm glichkeiten von Sensorsystemen in der Pflanzenproduktion In Vortr ge zur Jahrestagung 1989 Freising Landtechnik Weihenstephan 1989 S 27 38 Stanzel H und H Auernhammer Kleinwetterstation f r den landwirtschaftlichen Betrieb In Tagungsband zum Fachgespr ch Prozesssteuerung in der Tierhaltung Erste Erfahrungen Freising Landtechnik Weihenstephan SFB 141 1985 S 105 114 Stolzenberger A Online ohne Web In OS 2 Inside Die unabh ngige Zeitschrift f r OS 2 Anwender 1996 Nr 10 S 28 33 St rner G Oracle7 Die verteilte semantische Datenbank Weissach W rtt dbms publishing 1996 452 S Teuffel M TSO Time Sharing Option im Betriebssystem MVS M nchen Oldenbourg 1987 416 S Tischner H
46. Objekt Meldung Feldname Feldname Textliste Textliste Textelement Textelement Die Kennung bestimmt Befehls oder Antwortbeginn und ende F r die Namen der weiteren Meldungen und Felder benutzt der Applikationsserver der Wetterdatenbank die entsprechen den Bezeichnungen der Entit ten und Attribute Eine M glichkeit zur bertragung von Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 155 Sonderzeichen die nicht im ASCI Zeichensatz vorhanden sind oder aber zur Protokollsteue rung reserviert sind Kennungen etc wird durch eine hexadezimale Umschreibung realisiert In Anhang A und in der technischen Dokumentation des Messnetzes http www tec agrar tu muenchen de edv agm befindet sich eine detaillierte Beschreibung des offengelegten Protokolls mit genauer Auflistung der frei abrufbaren Entit ten und Attribute sowie der konkreten Inhalte der Datenelemente und einer Ablaufbeschreibung des Protokoll Dialoges 5 3 5 3 Webserverschnittstelle Als Benutzerschnittstelle wurde der Web Browser festgelegt Weitere Rahmenbedingungen ergeben sich aus der Aufgabenstellung Die eigentliche Applikation zur Datenbereitstellung sollte zentral verwaltbar auf dem Web Server implementiert werden eine Trennung von Layout und Daten muss stattfinden Damit bietet sich f r die Realisierung der Benutzer Dialoge die Verwendung der in HTML definierten Formularelemente
47. Oklahoma Climatological Survey sowie den geologischen und agrartechnischen Fakult ten der bedeutendsten Universit ten des Bundes staates University of Oklahoma und Oklahoma State University unter Nutzung eines bestehenden Weitverkehrs Datenfunknetzes errichtet Es besteht aus 108 Messstationen mit einer Sensor Grundausstattung zur Messung folgender Parameter e Regen e barometrischer Luftdruck e Sonnenstrahlung e Lufttemperatur und relative Luftfeuchte in 1 5 m H he e Windgeschwindigkeit und Richtung in 10 m H he e Bodentemperatur in 10 cm Tiefe unter blankem Boden und unter Gras Einige Stationen besitzen eine Zusatzausstattung zur Messung der weiteren Gr en e Lufttemperatur in 9 m H he e Windgeschwindigkeit in 2 m H he e Bodentemperaturen 5 und 30 cm und e erg nzende manuelle Messungen der Bodenfeuchte Besonders ausgereift ist die Daten bertragung die nur durch die kostenfreie Nutzung des Funk Telekommunikationsnetzes OLETS Oklahoma Law Enforcement Telecommuni cations System des Oklahoma Department of Public Safety so effizient m glich ist Die Daten werden mit nur kurzer Verz gerung nach ihrer Messung im 15 Minuten Takt an ein Zentralrechenzentrum bertragen Dieses Computerzentrum bernimmt e den Datenabruf e das Datenbankmanagement 66 Stand der Technik e die Qualit tssicherung e die Datenarchivierung sowie e die Erzeugung und Verbreitung der Produkte von denen die land
48. Organisationssicht e SL Fachkonzent DV Konzept Implementierung Fachkonzept Fachkonzept N 0 7 DV Konzept DV Konzept mm 77 Implementierung Implementierung Datensicht Steuerungssicht Fachkonzept FT DV konzept Fe Implementierung Stand der Technik Funktionssicht Abbildung 2 1 ARIS Architektur integrierter Informationssysteme nach SCHEER 119 Im datenorientierten ANSVSPARC Modell werden zur Modellierung des betrachteten Ausschnitts aus der realen Welt drei Abstraktionsebenen eingef hrt 146 154 Die reale Welt wird auf ein konzeptionelles Schema abgebildet Abbildung 2 2 Dieses Schema wird dem verwendeten Datenbankmanagementsystem entsprechend in ein logisches Schema bertragen Auf der Basis dieses logischen Schemas werden externe Schemata definiert die den Sichten der verschiedenen Benutzer der Datenbank entsprechen Das logische Schema beinhaltet die Vorschriften zur Datendefinition manipulation und administration Das interne oder physikalische Schema stellt die Verbindung zum eigentlichen Datenbankver waltungssystem dar Das ANSV SPARC Modell ist der ideale Ausgangspunkt f r die Model lierung von komplexen Datenbanken Externe Schemen Externe Schemen vi f Reale Konzeptionelles Logisches m Welt j Schema Schema FG ax RE S ke Interne Schemen Abbildung 2 2
49. Pr fung der Mess und Aufzeichnungseinrichtungen verzichtet Eine Kontrolle der Messwerte erfolgt in der Regel nur qualitativ durch Vergleich mit der manuellen Beobachtung Insbesondere in den ph nologischen Jahreszeiten in denen f r Prognose oder Beratungssysteme zuverl ssige Wetterdaten ben tigt werden fallen auf dem pflanzenbaulich orientierten landwirtschaftli chen Betrieb eine Reihe von wichtigen Arbeiten an die vorrangig termingerecht bedient werden m ssen Meist wird in solchen Sto zeiten die Kontrolle und Pflege der Messstation Stand der Technik 61 stark vernachl ssigt Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen f hrten zu dem Schluss dass sich der materielle Aufwand f r Installation Betrieb und Wartung einer Wetterstation f r einen einzelnen landwirtschaftlichen Betrieb durch Kosteneinsparungen nicht kurz oder mittel fristig amortisiert nur Gro betriebe k nnen mit der Amortisierung einer solchen Anlage rechnen Der ideelle und kologische Wert und die Schonung der Umwelt durch eine ausgeglichenere N hrstoff Energie und Schadstoffbilanz bei Nutzung von Beratungshilfen die Wetterdaten ben tigen kann finanziell durch den Betreiber nicht direkt umgesetzt werden Daher bietet sich die berbetriebliche Nutzung einer Messstation durch verschiedene Interessenten an Voraussetzung ist dass die Erhebung der Messdaten an einem f r ein klimatisch homogeneres Gebiet repr sentativen Ort stattfindet z B Naturraum und die Nutzu
50. Systemen C und Perl aber auch Java die am meisten genutzten Mit Hilfe standardisierter Datenbankschnittstellen Call Level Interface CLI und der darauf beruhende Industriestan dard Open DataBase Connectivity ODBC 42 sowie Java Database Connectivity JDBC 57 k nnen Zugriffe auf beliebige Datenbank Server realisiert werden 52 Stand der Technik Datenquelle Festplatte Datenbank etc CGI Programm 1E Abbildung 2 7 Funktionsweise der CGI Schnittstelle In Zukunft werden in gro en Systemen objektbezogene Informations Verteiler realisiert auf der Basis von COM DCOM Common Object Model Distributed COM 135 CORBA Common Object Request Brooker Architecture 132 oder im Netzwerk verteilten Java Applikationen Remote Method Invocation RMI Enterprise Java Beans EJB 150 eine gro e Rolle spielen Eine weitere erfolgversprechende Entwicklung stellt XML Extensible Markup Language 47 http www w3 org XML dar XML bietet eine Reihe von M g lichkeiten zur Erweiterung des Funktionsumfangs von dynamischen Webseiten auf der Basis von strukturierten Dokumenten und Daten und k nnte in Zukunft der Standard f r die Abfrage von ver nderlichen Seiteninhalten werden Stand der Technik 53 2 2 Erfassungssysteme f r agrarmeteorologische Messdaten Im Pflanzenbestand bildet sich ein eigenes Klima aus welches sich erheblich vom Freiland klima unterscheidet 55
51. Variationen In dieser Arbeit soll die urspr ngliche Notation nach CHEN 18 verwendet werden Abbildung 4 4 zeigt die ver schiedenen Elemente und Beziehungen der Daten die durch die Diagramme dargestellt werden Entities verk rpern dabei das Abbild der in der Miniwelt betrachteten Dinge der realen Welt Relationships die Beziehungen zwischen den Entities Als Attribute werden die betrachteten Eigenschaften der Entities bezeichnet sie k nnen mehrwertig sein z B kann 98 Mittel und Verfahren f r die Entwicklung des offenen Datenmanagementsystems die Entity Angestellter mehrere Attribute Telefonnummer haben und als Schl sselattri bute unterstrichene Bezeichnung verwendet werden z B eindeutiges Attibut Personal nummer des Angestellten Auch mehrere Attribute k nnen zu Schl sseln verbunden werden Die Beziehungen Relationships zwischen den Entities k nnen eins zu eins eins zu mehreren oder mehrere zu mehreren sein So kann z B die Entity Ehefrau mit der Entity Ehemann die Relationship ist verheiratet gleichzeitig nur einmal eingehen Dagegen kann in einer Bibliothek die Entity Buch durch die Relation Anschaffung in mehreren Entities Exemplar vorhanden sein Weiterhin k nnen Entities generalisiert oder speziali siert werden was durch eine is a Relationen gekennzeichnet wird In einem Institut kann sowohl die spezielle Entity Professor wissenschaftlich
52. das Programm durch mehrere parallel arbeitende Tasks realisiert Voraussetzung dazu ist ein Multitasking Betriebssystem das geeignete Schnittstellen zum Datenbankserver bereitstellt vgl Kap 4 3 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 135 5 2 2 2 Datenpr fung Kontrolle Wartung Das System zur Datenpr fung ist ein Client Programm das im 10 Minuten Raster erfasste Rohdaten vom Datenbankserver nach mehrstufigen Pr fkriterien die zum Teil ebenfalls vom Datenbankserver bezogen werden beurteilt Nach erfolgter Pr fung werden die gepr ften Daten oder Informationen ber fehlgeschlagene Pr fungen sowie zeitlich zu Stunden und Tagesdaten zusammengefasste Daten an den Server zur ckgegeben Die Synchronisation des Pr fprogramms mit dem Abrufsystem geschieht ber die Datenbankschnittstelle Das Programm kann somit an beliebiger Stelle im LAN auf einer beliebigen Zielplattform implementiert werden Voraussetzung dazu ist die Verwendung einer offenen Programmier sprache sowie einer standardisierten Programmschnittstelle zum Datenbankserver Die fachlichen Anforderungen erfordern folgende Pr fungen auf e Statisches Einhalten von sensorabh ngigen Toleranzb ndern Einzelwerte e Einhaltung von dynamischen Toleranzb ndern aufeinanderfolgende Werte e Einhaltung von Abh ngigkeiten korrelierender Werte unterschiedlicher Messgr en e bereinstimmung von gro r umig hnlichen Daten benachbarter Stationen e
53. der Messstationen des Bayerischen agrarmeteorologischen Messnetzes 02 2000 Quelle LBP 2 4 3 Zentrale Datenerfassung Die im Datenlogger abgespeicherten Wetterdaten werden einmal t glich zeitgesteuert zum PC des stationsbetreuenden landwirtschaftlichen Betriebes Betriebs PC bertragen Zus tzliche Datenabrufe durch den Landwirt sind m glich und beeinflussen nicht den Datenbestand Jedoch kann dabei das Kommunikationsverhalten des Gesamtsystems 76 Stand der Technik beeinflusst werden siehe Kap 3 1 2 1 Der Betriebs PC arbeitet unter dem Betriebssystem MS DOS oder einer Windows Version mit DOS Fenster zur Ausf hrung des Datenabruf programms FMA PC Der PC wird zu einer definierten Zeit in den fr hen Morgenstunden per Zeitschaltuhr eingeschaltet Nach dem Betriebssystemstart arbeitet er eine Startprozedur f r das Datenabrufprogramm ab Das Datenabrufprogramm liest daraufhin alle noch nicht bertragenen Messwerte von der Wetterstation in eine PC Datenbank und verdichtet die Daten zu Stundendaten Aus diesen Stundendaten werden die f r das Bayerische Landwirt schaftliche Informationssystem BALIS notwendigen Werte selektiert und formatiert Dann startet der Betriebs PC ein spezielles Datenfern bertragungsprogramm DF Programm f r das Messnetz das den Videotext Kommunikationsdienst Btx nutzt Es w hlt mit Hilfe spezieller Btx Hardware Hardwaredecoder DBT03 sp ter nach der Umstellung zu Datex J per Standardmodem einen ffentlic
54. der in der Praxis sehr unterschiedlichen Netzlast sehr stark variieren Eine Untersuchung mit konstanter Netzlast unter Laborbedingungen ist jedoch zur Ermittlung der Nutzerakzeptanz nicht sinnvoll Tabelle 5 8 Reaktionszeiten von der Anforderung bis zu vollst ndigen Anzeige der Web seiten dynamische und statische Informationsquellen Beteiligte Komponenten des Webservers Mittlere Zeit bis zur Anzeige Sekunden Komponente Information Infoseite Standard Speziell Webserver Statisch 9 1 Webserver und CGI Dynamisch 7 7 86 2 Programm Zwischenspeicher Webserver CGlI Programm Dynamisch 8 4 84 5 und Datenbank Datenbank Die Zuverl ssigkeit des Gesamtsystems wird durch die Zuverl ssigkeit der einzelnen Server Komponenten Webserver Applikationsserver Datenbankserver bestimmt Alle Komponen ten werden vom Rechenzentrum betreut und sind im Prinzip 24 Stunden t glich im Einsatz F r die Datenbereitstellungsapplikation k nnen die Laufzeiten zwischen Start und Neustart des Serverprogramms uptime als Qualit tsmerkmal ausgewertet werden Sie lagen im Jahr 2000 im Mittel bei 16 Tagen mit einem Maximum von 55 Tagen Anzumerken ist hier dass Programmneustarts fast ausschlie lich auf vorausgehenden kontrollierten Systemstops Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 171 beruhen um geplante Software Updates durchzuf hren oder Probleme an der Systemsoft ware zu l sen
55. die eigentliche Stationsabfrage Aus Zeit und damit Kostengr nden m ssen mehrere Stationsabfragen parallel stattfinden k nnen Die Anzahl der parallelen Vorg nge muss skalierbar sein wobei Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 115 die bestimmenden Faktoren die zul ssige bertragungszeit f r alle Daten aus dem gesamten Messnetz die reale bertragungsgeschwindigkeit der eingesetzten Datenfern bertragung und die Ladezeit der Datenbank sind Eine Minimierung der Abrufzeit bei optimaler Nutzung der Ressourcen ist zu ber cksichtigen Die Synchronisation der Abl ufe soll mit Hilfe der Datenbank stattfinden damit beliebige Prozesse parallelisiert werden k nnen Abbildung 5 6 zeigt die Verfeinerung der Ablaufsteuerfunktion Die Unterfunktionen die in jedem Abruf prozess ausgef hrt werden zeigt Abbildung 5 7 Ablaufsteuerung Ereignisse berwachen Zeitsteuerung Programmsteuertabellen Interaktionen Datenbankverbindung m Aufgabenermittlung Synchronisation Aktion en ausl sen Abbildung 5 6 Funktionsbaum der Unterfunktion Datenabruf Ablaufsteuerung Stationsabfrage Parameterermittlung DEU Parameter einlesen Stationsstatus auswerten Datenbedarf berechnen Messdaten bertragung DF aktivieren Komm
56. ei Ar httpy www stmelf bayern de Ibp agm admin agmmap02 htm obb 187 183 g ie Se AI EJ w Z Abbildung C 7 Benutzerschnittstelle zum Einmessen der sensitiven Karten Zum Einmessen der sensitiven Karten also zur Anpassung nach Erstellung einer neuen Grafik z B weil eine Station verlegt wurde bewegt der Administrator die Maus nacheinan der auf zwei Stationen deren Nummern ihm bekannt sind und gibt die Stationsnummer und die in der Web Browser Statuszeile angezeigten Koordinaten in die Dialogfelder ein Abbildung C 7 Anhang D Ergebnisse der berpr fungen 221 D _ Ergebnisse der berpr fungen D 1 Datenabrufsystem D 1 1 Zuverl ssigkeit Die folgenden Darstellungen stellen die Grundlage f r die im Kapitel 5 4 1 beschriebenen Zusammenfassungen zur Zuverl ssigkeit der Daten bertragung im Bayerischen agrarmeteo rologischen Messnetz zwischen Messstation und Datenabrufsystem dar Gezeigt ist zum einen der Anteil der Messstationen mit funktionsf higem Datenabrufsystem In diesem Fall bedeutet ein Wert von 100 dass zu allen am Messnetz partizipierten Stationen an allen Tagen im Monat Eintr ge in die Datenbank vorgenommen werden konnten Zum anderen ist der prozentuale Anteil der vollst ndig eingetragenen Datens tze im Zeitraum f r die Jahre 1995 bis 1999 ber die Zeit dargestellt Ein Wert von 100 bedeutet dass alle am Messnetz partizipierten Stationen an allen Tagen im Monat mindestens 143 Datens tze geliefert haben
57. hat sich zu einem stabilen und komfortablen System mit zum Teil offenen zum Teil stark an den IBM internen Standards festgelegten Schnittstellen entwickelt OS 2 besitzt heute noch Bedeutung im Bereich geschlossener IBM Systeme DOS war das Standard Betriebssystem f r den PC welches auf Grund seiner Beschr nkt heit in der Ressourcen Verwaltung kein Multitasking eingeschr nkter Speicherverwal tungsbereich keine offenen Schnittstellen bald der Leistungsf higkeit der Hardware und den Anforderungen der Benutzer nicht mehr gewachsen war Es wurde um verschiedene Hilfsmittel erweitert wobei als wichtigstes Microsoft Windows zu nennen ist welches in den Versionen 286 386 und 3 x eine reine grafische Bedienoberfl che f r DOS mit eingeschr nkten M glichkeiten der parallelen Programmbearbeitung darstellte Mit Microsoft Windows 95 Windows 98 und Windows NT new technology wurde der Gedanke der DOS Erweiterung zum Multitasking BS mit einheitlicher grafischer Benut zeroberfl che Grafical User Interface GUTI f r Systemfunktionen und Anwenderpro gramme mit standardisierten Kommunikationsschnittstellen sowie der Offenlegung wich tiger Schnittstellenfunktionen fortgesetzt Bei Windows NT handelt es sich dabei um ein eigenst ndiges geschlossenes BS wogegen Windows 95 und 98 immer noch auf ein erweitertes DOS aufsetzt Auf Grund der weiten kommerziellen Verbreitung aber nicht auf Grund der Orientierung an Standards im Sinne offener
58. in Form eines Treibers bereitgestellt 41 57 Da die offene Programmiersprache Java auf Grund ihres Konzepts eine hohe Modularit t unterst tzt wurde das System so ausgelegt dass fachlich zusammen Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 153 geh rige Aufgaben immer als eigene Klasse gekapselt wurden Erweiterungen k nnen einfach durch das Erzeugen neuer Klassen realisiert werden 5 3 5 2 Anwendungsschnittstelle und bertragungsprotokoll des Applikationsservers Meteo Protokoll Das bertragungsprotokoll hat die Aufgabe die Kommunikation zwischen Endanwender Webserver oder Wetterstation bzw der Station vorgelagerten Komponenten wie Abrufser ver oder Controller auf der einen Seite und Datenbank bzw dem vorangestellten Applikati onsserver schnell und verlustfrei zu regeln Die optimalen Voraussetzungen zur Integration des bertragungsprotokolls ein offenes Datenmanagementsystem bestehen auf der Basis der Internet Technologie als POSIX standardkonformer Protokollfamilie Die unteren Ebenen des bertragungsprotokolls 1 5 des OSI Modells sind mit TCP IP und Ethernet eindeutig festgeschrieben F r die Ebene 6 Darstellungsschicht steht f r die geforderte Aufgabe mit den Berkeley Sockets ein optimales Client Server System zur Verf gung vgl Kap 2 1 2 3 Wird eine Socket Verbindung aufgebaut muss das Serverprogramm nur noch daf r sorgen dass ber diese Verbindung der weitere Datentransport abgewic
59. in der agrarmeteorologischen Datenbank Erl uterung Zugriff A Abruf B Bereitstellung P Pr fung W Wartung 140 Tabelle 5 3 Kommandos und Funktionen des Fernwartungsprogramms wrlogin4 148 Tabelle 5 4 Aufbau einer Anfrage im Meteo Protokoll Backus Nauer Form 154 16 Tabellenverzeichnis Tabelle 5 5 Aufbau einer Antwort im Meteo Protokoll Backus Nauer Form 154 Tabelle 5 6 Auswertung der Dauer der Datenfern bertragung im Produktionsbetrieb 165 Tabelle 5 7 Auswertung der Datenbankladezeiten im Produktionsbetrieb wegen ver nderter Umgebungsbedingungen Aufteilung des Jahres 1000 166 Tabelle 5 8 Reaktionszeiten von der Anforderung bis zu vollst ndigen Anzeige der Webseiten dynamische und statische Informationsquellen eee 170 Tabelle 6 1 bersicht ber die Komponenten des Datenmanagementsystems e 174 Tabelle A 1 Aufbau einer Anfrage im Meteo Protokoll Backus Nauer Form 199 Tabelle A 2 Aufbau einer Antwort im Meteo Protokoll Backus Nauer Form 199 Tabelle A 3 Kommandos im Meteo ProtokollProtokoll Aktion X 201 Tabelle A 4 Befehlsaufbau der Abfragen Backus Nauer Fom 202 Tabelle A 8 Oper ter Bist na Raser 205 Tabelle A 6 Verkiupfanes Piste ee nee 205 Tabelle D 1 Zusammenfassung der Anzahl der Zugriffe auf das Datenbereitstellungs Abk rzungen und Symbole 17
60. intelligente Weiche zwischen Station Modem und PC eingesetzt werden dessen Entwick lung parallel zur Vorliegenden Arbeit stattfand Das Datenbankmanagementsystem muss so ausgelegt werden dass es aus Sicht des Kom munikationssystems eine virtuelle Schnittstelle besitzt so dass weder Zielsystem noch genauer Typ des DBMS festgelegt sind Dazu wurde ein IBM kompatibler PC Intel Penti um mit einem multitaskingf higen Standardbetriebssystem IBM OS 2 und herstellerspezi fischer Datenbankanbindung IBM DB2 Preprozessor IBM DB2 DDCS VTAM Token Ring Netzwerk aber herstellerunabh ngiger Applikations Schnittstelle an diese Anbindung verwendet embedded SQL in Programmiersprache C Die Datenbereitstellung wird ber Intranet Internet Technologie realisiert Ethernet TCP IP Als Komponenten kommen ein Applikationsserver und ein Webserver zum Einsatz Der Applikationsserver muss mit der Datenbank verbunden sein ein offenes oder Industriestan dard Betriebssystem UNIX Windows NT besitzen und eine offene Datenbankschnittstelle ODBC oder JDBC bereitstellen Der Webserver muss die offene CGI Schnittstelle unter st tzen http hoohoo ncsa uiuc edu cgi In der Testumgebung kamen zwei Systeme zum Einsatz der in Microsofts Betriebssystem Windows NT 4 0 integrierte Microsoft Internet Information Server als weit verbreitete geschlossene L sung mit Unterst tzung von Stan dard Schnittstellen Da dieses System sehr weite Verbreitung besitzt
61. n mlich reine Quittungen z B 1 0 0 f r eine erfolgrei che Bearbeitung der ersten Anfrage und komplexe Datens tze z B Antwort auf die Abfrage von Tagesdaten Tabelle A 3 Kommandos im Meteo ProtokollProtokoll Aktion X LOGON BNR15 Benutzernummer Quittung ffnen der Datenbankverbin PIN Pers nliche Indentifikation dung Voraussetzung f r alle optional weiteren Meldungen MELD_WG Meldeweg STATNR Stationsnummer LOGOFF Keine Quittung Schlie en der Datenbankver bindung CONTROL DATADICT keine Daten Textfeld DataDictionary LOGFILE keine Daten Textfeld Protokoll ber die aktuelle Sitzung Logbuch MESSAGE Mitteilungstext Quittung Eintragen von Mitteilungen in das Logbuch PRIVILEG keine Daten Textfeld DEE CNPAR COM Kommunikationsmodul Quittung Eintragen des aktuellen PROGSTAT Programmstatus Programmstatus 202 Anhang A Meteo Protokoll Meldungen DSLOGC Felder Antwort Alle Attribute entsprechend Datadictionary Daten STATNR RETRY REQTIME DELAY LASTDATA STATNR Stationsnummer REQTIME Abrufzeitpunkt optional CONSTART Verbindungsstart CONEND Verbindungsende FMATS Zeitstempel der Station Quittung MTKEY Messzeitpunkt STATNR Stationsnummer Sensorfelder entsprechend Datadictionary Quittung Quittung oder Beschreibung Abfragen der Parameter f r die n chst abzuarbeitende Station Setzen der Parameter f r eine Station R cksetzen der Param
62. nichts In DLG Mitteilungen 1995 Nr 3 S 24 G ers J Objektorientierte Datenbanken Entstehung Konzepte Systeme In unix mail 1995 Nr 1 S html 1 8 G rz G Einf hrung in die k nstliche Intelligenz Bonn Addison Wesley 1993 1056 S Goldfarb C F XML Handbuch M nchen Prentice Hall 1999 655 S Gomolka K und D Koenen Die Pr fung synoptischen Datenmaterials von Landstationen mittels EDV f r klimatologische Zwecke Offenbach am Main Deutscher Wetterdienst 1983 11 S G nther R Das DF Konzept im agrarmeteorologischen Messnetz Th ringens In Kurzfassung der Referate zur 4 Arbeitstagung ber Einsatz und Nutzung agrarmeteorologischer Messstationen am 28 und 29 November 1995 Mainz Landesanstalt f r Pflanzenbau und Pflanzenschutz 1995 S 12 1 12 9 G nther R Wettergest tzte Beratungsprodukte der Th ringer Landesanstalt f r Landwirtschaft f r die Praxis In 5 Arbeitstagung ber Einsatz und Nutzung agrarmeteorologischer Messstationen am 7 und 8 Dezember 1999 in Mainz Mainz Landesanstalt f r Pflanzenbau und Pflanzenschutz 1999 S 1 1 Gulbins J UNIX Berlin Heidelberg u a Springer 1984 413 S Gundavaram S CGI Programming on the World Wide Web Sebastopol O Reilly 192 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 Literatur 1996 460 S Gutsche V Verf gbarkeit und Nu
63. oder aus anderer Quelle verf gbare Komponenten gel st werden Voraussetzung f r die Nutzbarkeit von Fremdkomponenten ist die Verf gbarkeit ihrer Spezifikation also einer Charakterisierung der durch sie realisierten Funktionen oder bearbeiteten Daten in Form einer Schnittstellenbeschreibung Dazu notwendig ist neben der Kenntnis der anwend baren Technologie und Funktionsstandards eine einheitliche Form der Beschreibung die ebenfalls durch Standards vorgegeben ist Als Standard in diesem Sinne gelten nicht aus schlie lich amtlich registrierte Normen sondern auch die sogenannten Industriestandards die sich aus der Reaktion des Marktes ergeben Der offene Ansatz erzwingt vom Entwickler diese Anwendung von Standards Er findet immer breitere Akzeptanz und wird auch von marktbeherrschenden Anbietern geschlossener Systeme bei eigenen Entwicklungen immer mehr verfolgt Somit sind Interoperabilit t und Portabilit t nicht nur innerhalb der eigenen Produktreihe eines Herstellers sondern auch nach au en realisierbar Beim Einsatz und bei der Entwicklung von speziellen L sungen ergeben sich daraufhin mehr M glichkeiten auf Standardschnittstellen basierende Fremdl sungen dort einzubinden wo ihr Einsatz effektiv m glich ist Typische Beispiele sind Computernet ze die auf der OSI 7 Ebenen Architektur aufbauen relationale Datenbankmanagementsys teme mit DDL und DML auf der Basis von ANSI SQL und einer ODBC Schnittstelle zu Anwendungsprogrammen o
64. schen Station und Datenbank zu realisieren Neben der Datenbankanbindung stellt die Bedienung der seriellen Schnittstelle RS232C und die Ablaufsteuerung die Hauptaufgabe des Systems dar Eine Ablaufsteuerung kann mit einer Reihe strukturierter Programmierspra chen aber auch von objektorientierten Programmiersprachen realisiert werden Von beiden gibt es als Industrie Standard bevorzugte Systeme wobei C strukturiert und die Erweite rung C objektorientiert am weitesten verbreitet sind Ein weiteres Kriterium zur Aus wahl der Sprache stellte das finanzierbare Hard und Softwareumfeld dar Da die Entschei dung in der ersten Ausbaustufe f r das Betriebssystem OS 2 auf einem PC fiel siehe Kap 104 Mittel und Verfahren f r die Entwicklung des offenen Datenmanagementsystems 4 3 eine Portierung auf m glichst viele unterschiedliche Systeme m glich sein sollte wurde C ausgew hlt Eine Objektorientierung war nicht zwingend n tig aus den bereits gewonne nen Erkenntnissen sprechen jedoch viele Argumente f r die Nutzung einer objektorientierten Programmiersprache Um diese Argumente zu ber cksichtigen wurde der Kompromiss geschlossen mit den strukturierten Methoden der Programmiersprache C und einer h chst konsequenten Modularisierung eine L sung zu schaffen die m glichst nahe an das objekt orientierte Paradigma heranreicht Wenn die Struktur des Programms in Objekte aufgeteilt werden kann wird eine sp tere Portierung in eine objekt
65. ssen mit der technischen Plattform bestehend aus Systemsoftware und Hardware zusammenarbeiten Ein offenes System benutzt standardisierte Schnittstellen zwischen allen beteiligten Komponenten Damit ergibt sich f r offene Systeme nicht die Forderung nach einer standardisierten Hardware einem Standardbetriebssystem oder einer Standard Programmiersprache sondern nach festgeschriebenen Schnittstellen f r alle oben angespro 34 Stand der Technik chenen Aufgabenbereiche Eine Aufz hlung und Beschreibung aller Standardisierungsbe strebungen und Standardisierungsgremien f r Softwaresysteme ist auf Grund der gro en Vielfalt unm glich auf die im Rahmen dieser Arbeit genutzten Standards wird an der entsprechenden Stelle konkret eingegangen Neben dieser aufgabenspezifischen Aufteilung kann bei Verwendung einheitlicher Schnitt stellen der beteiligten Komponenten eine r umliche Verteilung und eine Skalierung also leistungsabh ngige Auslegung einzelner Komponenten stattfinden Werden nun die Kompo nenten in Dienstanbieter Server und Dienstnehmer Client aufgeteilt kann eine beliebig ausbauf hige Client Server Architektur C SA CSA als Grundlage f r die Realisierung offener Systeme geschaffen werden 2 1 1 1 Methoden der Planung und Realisierung Besonders wichtig bei der Realisierung eines informationstechnischen Projektes DV Projektes wie der Gestaltung eines Informationssystems und der Realisierung von Soft wareprojekten i
66. und der Einsatz von Java Script an F r die Realisierung der dynamischen Webseiten wurde eine L sung auf der Basis der Standard Webserverschnittstelle CGI gew hlt Die HTML Seiten werden aus statischen Vorlagen Ger sten und Daten aus der Daten bank beim Aufruf eines CGI Programms erzeugt An Stellen die dynamische Daten enthal ten sollen werden in den HTML Vorlagen Platzhalter in Form von HTML Kommentaren lt Kommando gt eingef gt Ein Kommando zur Datenauswahl besteht aus einer einfachen anwendungsspezifischen Anweisung ohne Parameter Die Web Seiten mit Eingabem glichkeiten wurden als HTML Formulare mit der Verwendung der CGI Schnitt stellenkommandos GET und POST f r die Eingabe von Auswahlparametern realisiert Die CGI Programme werden von den Formularseiten aus aufgerufen und wie alle CGI Programme auf dem Web Server ausgef hrt Sie generieren aus einer definierten HTML Seitenvorlage mit den oben genannten Platzhaltern eine neue Web Seite in der die Platzhal ter durch Daten aus der Datenbank ersetzt werden Abbildung 5 25 156 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems HTML Ger st Format Vorlage Generator dynamische CGI Programm zur generierte Verkn pfung des Layouts mit HTML Seite den aktuellen Informationen aus der Datenbank Wetterdaten stationsspezifische bzw geografische Daten Zusatzinformationen Abbildung
67. und deren Praxistauglichkeit war Gegenstand mehrerer Untersu chungen 123 Ausgehend von messtechnischen Grunds tzen einzugehenden Kompromissen und gesammelten Erfahrungen wurden die Anforderungen an agrarmeteoro logische Messungen und damit an die dazu nutzbaren Messstationen 1991 in einer Richtlinie erfasst 149 In Tabelle 2 3 sind die Anforderungen an die Sensoreigenschaften zusammen gefasst Die Genauigkeit der Messstation wird durch die Messgenauigkeit und Messfehler der Sensoren deren Einbau der Aufl sung und Fehler der Analog Digitalumsetzung sowie die Fehlerfreiheit eventuell eingesetzter numerischer Korrekturverfahren bestimmt Daraus ergibt sich die Notwendigkeit Messstationen mit hochgenauen und langzeitstabilen Sensoren auszustatten und in regelm igen von der Stabilit t und Wartungsanf lligkeit der Sensoren abh ngigen Zeitintervallen Nachkalibrierungen durchzuf hren Tabelle 2 3 In agrarmeteorologischen Messstationen eingesetzte Sensoren nach 149 Lufttemperatur Widerstandsthermometer 30 C 40 C IEC 751 Klasse A Bodentemperatur Widerstandsthermometer 30 C 40 C IEC 751 Klasse A Luftfeuchtigkeit kapazitiver Sensor 25 100 rel lt 5 relative Feuchte Feuchte Niederschlag Hornersche Wippe 0 15 mm min lt 5 bis 6 mm min Globalstrahlung Pyranometer Solarimeter Si 0 1000 W m keine Angabe Fotoelement Wind Schalenstern Anemometer 0 5 30 m s bis 20 m s 0 3 m s geschwindigkeit gr er
68. versehen Die einzelnen Pakete bestehen aus Einleitung Aktion Reaktion Resultat Objektauswahl und einem Datenteil Diese Felder sind durch den Separator getrennt siehe Tabelle A 1 und Tabelle A 2 Tabelle A 1 Aufbau einer Anfrage im Meteo Protokoll Backus Nauer Form Anfrage Anfrage Einleitung Aktion Objekt Datenliste Einleitung Einleitung Kennung Nummer Unternummer Aktion Aktion Aktionscode St ckelung Sub Code Objekt Objekt Meldung Feldname Feldname Datenliste Datenliste Datenelement Datenelement Tabelle A 2 Aufbau einer Antwort im Meteo Protokoll Backus Nauer Form Antwort Antwort Einleitung Resultat Objekt Textliste Einleitung Einleitung GC Befehlsnummer Unternummer De Antwort Teilnummer Resultat Resultat Schwere Antwortcode Objekt Objekt Meldung Feldname Feldname Textliste Textliste Textelement Textelement Der Aufbau unterscheidet sich nach Befehls Anfrage Paketen des Clients und Antworten des Servers die aus den erfragten Daten oder einer einfachen Best tigung bzw einer Fehlermeldung bestehen Sowohl die Befehle als auch die Antworten k nnen aus mehreren 200 Anhang A Meteo Protokoll Paketen bestehen Die Kennung be
69. wirt schaftlichen Gr nden aus also wurden zeitweise geschaltete Punkt zu Punkt Verbindungen verwendet Aus den fachlichen Anforderungen geht hervor dass die Messdaten aller Statio nen einmal t glich abgerufen werden m ssen und die Dauer dieses Abrufes ca eine Stunde betragen darf Die verwendeten Datenlogger besitzen keine Schnittstelle mit der sie direkt an ein Kommunikationsnetz angeschlossen werden k nnen Daher wurden Modems auf der Basis von W hlverbindungen im Sprach Telefonnetz als Verbindungsglieder eingesetzt Das im Datenlogger implementierte bertragungsprotokoll erlaubt den Direktanschluss eines Modems nicht Auch die Forderung des Betreibers dass der Betreuer der Messstation die M glichkeit zum kostenlosen Zugriff auf den Datenlogger haben muss macht die Installa tion einer zus tzlichen Komponente als intelligente Weiche zwischen Datenlogger Zentrale und Betreuer n tig Die Weiche wurde so ausgelegt dass sie die M ngel im bertragungsprotokoll im Bezug auf Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 143 die Datenfern bertragung kompensiert Diese Komponente wurde durch den Controller f r Wetterstationen CW1 der Landtechnik Weihenstephan realisiert 159 Das CW1 vereint einen Micro Controller mit Speicher f r ca 5 Messtage und 3 Schnittstellen mit einem Standard Modem 96 Es ruft selbst ndig zu einem frei definierbaren Zeitpunkt die Daten vom Datenlogger ab formatiert sie und legt
70. zeigt deutlich die Korrelation der Akzeptanz mit der Qualit t des Datenangebotes In dieser Zeit konnten zeitweise ber mehrere Stunden keine Daten abgefragt werden im September hatte der Anteil von erfolglos abgerufenen Datenseiten bezogen auf die erfolgreichen Datenbankabfragen mit fast 9 sein Maximum Auch eine Verl ngerung der Reaktionszeit des Webservers auf die Anfrage im 170 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems Januar 2000 hatte deutliche Folgen Diese Zeit betr gt ohne Ber cksichtigung von langen bertragungszeiten auf Grund hoher Internet Last im Durchschnitt f r die Anzeige der Wochen bersicht weniger als 10 Sekunden und verl ngerte sich auf Grund von Netzwerk Konfigurationsfehlern auf ca eine Minute Allgemein werden 10 Sekunden Wartezeit engl latency auf den Inhalt einer Webseite als eine Akzeptanzschwelle der Anwender aufgefasst 7 Die Ergebnisse der Untersuchung der Reaktionszeiten zeigt Tabelle 5 8 Die angegebe nen Werte wurden sowohl im Intranet als auch im Internet an Festnetzzug ngen ermittelt Die mittleren Latenzzeiten wurden f r eine statische Seite f r eine dynamisch aus der Datenbank bzw dem Zwischenspeicher abgefragte kurze Wochendaten bersicht Stan dard Datenseite und f r eine spezielle Abfrage aller Stundendaten eines Monats Daten volumen 200KB Format html als Stichproben ermittelt Sie veranschaulichen nur grob die Realit t da die Einzelwerte auf Grund
71. 1 und Modularit t des Systems sowie seine Qualit t insbesondere Funktionserf llung Zuverl ssigkeit und Effizienz stehen Aus dem Bereich der elektronischen Informationsverarbeitung werden verbreitete standardi sierte Kommunikationskonzepte infrastrukturen protokolle und dienste die f r die Umsetzung des Datenmodells geeignet sind vorgestellt Wetterstationen gibt es f r verschiedene Aufgaben und Einsatzgebiete Sie unterscheiden sich nicht nur im Aufbau der Anzahl und der Art der erfassten Messgr en sowie der Messgenauigkeit sondern auch in der Art der Ausgabe der Informationen und dem Be triebsaufwand F r die folgenden Betrachtungen werden nur automatische Messstationen herangezogen die agrarmeteorologische also pflanzenbaulich relevante Messgr en erfassen und eine Schnittstelle zur elektronischen Datenverarbeitung besitzen Die Daten sollen mit konomisch vertretbarem Aufwand zuverl ssig erfasst werden und berbetrieblich nutzbar sein F r eine fl chendeckende Datenerfassung und Nutzung bietet sich der Zusammenschluss mehrerer Messstationen und der von ihnen gelieferten Datenkollektive zu Netzwerken an Unter der Vielzahl existierender Messnetze zur Erfassung meteorologischer Daten 91 werden nur diejenigen betrachtet die kontinuierlich und speziell in der Landwirtschaft 28 Stand der Technik verwendbare regionale Daten erfassen sowie diese Daten ffentlich bereitstellen 2 1 Informationssysteme
72. 1996 32 S Linseisen H A Spangler K Hank P Wagner T Steinmayr M Demmel H Auernhammer I Manakos T Schneider und J Liebler Daten Datenstr me und Software in einem Informationssystem zur teilfl chenspezifischen Pflanzenproduktion In Zeitschrift f r Agrarinformatik 2000 Nr 2 S 36 43 Lippmann S B C Einf hrung und Leitfaden Bonn u a Addison Wesley 1991 621 S L pmeier F J und S Friedrich Entscheidungshilfen nutzen rechtzeitig bek mpfen Vorhersage f r Mehltau per Telefax In dlz Agrarmagazin Die Landwirtschaftliche Zeitschrift f r Management Produktion und Technik 1994 Nr 1 S 54 56 L pmeier F J bersicht ber witterungsabh ngige pflanzenschutzrelevante Vorhersageverfahren des Deutschen Wetterdienstes In Mitteilungen a d Biolog Bundesanstalt 1996 Nr 321 S 337 194 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 Literatur MacCracken D D D G Golden und R Gritsch Einf hrung in COBOL 85 und Anleitung zur strukturierten Programmierung M nchen Wien Oldenbourrg 1990 932 S Mansfield N Das Benutzerhandbuch zum X Window System Bonn u a Addison Wesley 1990 454 S Martin J Einf hrung in die Datenbanktechnik M nchen Wien Hanser 1981 369 S MeteoSchweiz Agrarmeteorologische Infos http www sma ch dienste landwirtschaft html 2001 Mettern
73. 1999 wird der Hauptanteil der Anfragen ber den offiziellen Online Informationsserver des BayStMELF abgewickelt http www stmlf bayern de lbp agm Microsoft Internet Informa tion Server Zur Beurteilung der Qualit t des Datenangebotes wird in erster Linie die Akzeptanz durch die Anwender herangezogen die sich in der Anzahl erfolgreicher Datenabrufe wiederspie gelt Diese Anzahl kann durch den Webserver protokolliert und statistisch als Zeitreihe mit 168 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems verschiedenen Filteroptionen ausgewertet werden Zur Beurteilung der Wirkung des Zwi schenpuffers f r identische Daten wurde der Zugriff auf die Datenbank aus den Logbuchauf zeichnungen des Apyplikationsservers ausgewertet Die weitere Zwischenpufferung die Internet und Intranetprovider durch eigene Cache Speicher Proxy betreiben kann nicht exakt erfasst werden Daher gelten derart gepufferte Aufrufe immer nur als eine Anfrage Die Zugriffe aus dem BayStMELF Intranet werden vom Betreiber des Webservers nicht aufge zeichnet und konnten aus diesem Grund in der Auswertung nicht quantitativ erfasst werden Auch wurden alle Abfragen von den Entwicklern herausgefiltert Aus den Untersuchungen am Webserver des Entwicklers f r den Zeitraum Mai bis November 1999 geht jedoch hervor dass der Anteil der Zugriffe aus dem Bayerischen Beh rdennetz im Mittel bei 40 der Gesamtzugriffe liegt In Abbildung 5 32 sind alle Anfragen be
74. 20 m s 2 Blattn sse keine Angabe Komplettiert wird eine agrarmeteorologische Messstation durch einen Tr germast der die Anbringung der Sensoren an der festgelegten Positionen sowie die st rungsarme Befestigung der Anschlusskabel und auch meist eines Geh uses f r den Datenlogger erm glicht Stand der Technik 57 Die dynamische Datenaufzeichnung bedeutet das Erfassen der Messgr en in bestimmten Zeitabst nden Die Zeitabst nde auch als Messintervalle oder Abtastzeit bezeichnet m ssen so kurz gew hlt werden dass relevante nderungen der Messgr en erfasst werden aber auch lang genug sein damit keine berflutung mit redundanten Informationen stattfindet Dabei muss die unterschiedliche Dynamik der meteorologischen Gr en ber cksichtigt werden Bei mitteleurop ischen Witterungsverh ltnissen ndern sich in der Atmosph re die Temperaturen im Bereich weniger Kelvin die relative Luftfeuchtigkeit ndert sich weniger als 1 pro Minute b iger Wind und Sonnenstrahlung auf Grund Sonne Wolken Schatten ver ndern sich jedoch im Sekundenbereich Niederschl ge k nnen sprunghaft einsetzen und enden Weiterhin spielt die Sensordynamik eine Rolle die abh ngig vom Messverfahren Aufbau und Applikation des Sensors ist Mit miniaturisierten Thermoelementen k nnen bei entsprechend gutem W rme bergang sekundenschnelle nderungen der Temperatur regist riert werden an gesch tzten Widerstandsf hlern wie sie z B f r die Bodente
75. 33 6 Minimum 3 23 0 21 0 20 0 Maximum 2390 kr 57 0 57 0 Standardabweichung Varianz Schiefe Steigung F r die Datenbankverbindung wurde die Zeit die der Eintrag der Messwerte in die kumulie renden Messdatentabellen ben tigt erfasst Dazu wurde die Zeit zwischen dem erstem SQL Insert Befehl bis zum Commit Befehl nach dem letzten Datensatz f r jede Station an allen Tagen gemessen Auch hier wurden zur direkten Vergleichbarkeit wieder nur die Messungen ausgew hlt zu denen 144 eingetragene Datens tze geh ren Es best tigt sich die Hypothese dass die Verbindungszeit konstant bleibt wenn das Datenbankmanagementsystem ausrei chend leistungsf hig ist und das Datenmodell korrekt ist Bis 1996 k nnte ein leichter Abw rtstrend der Dauer erkennbar sein der jedoch auf Grund der hohen Streuung der Einzelmessungen nicht abgesichert ist Die hohen Streuungen sind auf die schwankende Netzwerkbelastung und das Lastverhalten des Datenbankservers zur ckzuf hren Deutlich ist das Zusammenspiel mit anderen Applikationen auf dem gleichen DBMS und Ver nderungen am DBMS Tuning Updates zu erkennen was auch der Grund f r den og Trend sein d rfte Die Ergebnisse wurden in Tabelle 5 7 zusammengefasst Einzelheiten siehe Anhang D 1 2 Da im Verlauf des Jahres 1999 die Hard und Software des DBMS erneuert wurde wurden die zwei Teilbereiche der Zeitreihe vor bzw nach der Systemumstellung gesondert ausgewertet Nach der Systemerneuerung ist
76. 5 25 Prinzip der Erzeugung der dynamischen Web Seiteninhalte Die Beschreibungen aller verwendbaren Kommandos sowie Beispiele f r die Formatvorla gen kann in der Programmdokumentation auf den Administratorseiten des Datenbereitstel lungsservers http www stmif bayern de lbp agm admin agmcgidoc htm nachgeschlagen werden Die CGI Programme sind in der Programmiersprache C erstellt und enthalten plattformabh ngige Anpassungen zum Aufruf der Socket Bibliotheks Schnittstelle f r UNIX und Microsoft Windows Da die Socket Bibliotheken selbst zum Betrieb der Web Servers ben tigt werden sind sie auf jeden Fall auf dem Zielsystem vorhanden und k nnen als de facto Standardsoftware vorausgesetzt werden F r jede n tige Kategorie der Benutzerschnittstelle wurde ein gesondertes CGI Programm Modul geschaffen es gibt jeweils ein Modul f r die e Messdatenauswahl agmabruf e Messdatenausgabe agmdaten e Erzeugung von Stationsinformationsbl ttern agminfo e Erzeugung von Stationsauswahl Tabellen agmlisten e Anpassung von sensitiven Karten agmmap Entsprechend dem Fachkonzept ergeben sich zwei verschiedene Sichten auf die Web Seiten zur Bereitstellung der agrarmeteorologischen Messdaten einerseits die des normalen Datenanwenders und andererseits die des Administrators Anwendersicht Der Anwender sieht beim Anw hlen der Applikation verschiedene Naviga tions Hilfsmittel zur Datenauswahl Die erste Auswahlm glichkeit adressier
77. 99 0 99 0 98 0 98 0 97 0 97 0 96 0 96 0 95 0 95 0 94 0 93 0 92 0 94 0 93 0 92 0 Januar EA Februar EH M rz FH April E Mai EHA Juni A Juli August EEE September FE Oktober EEE November EA Dezember ME Mittelwert M 1995 A 1996 1997 1006 mme 1000 EEE Mitterwert mge Abbildung 5 28 Anteil der vollst ndig bertragenen Datens tze im Zeitraum 1995 bis 1999 Links monatsweise Zusammenfassung der 5 Jahre rechts Jahreszusammenfassungen Zur partiellen Beurteilung der Zuverl ssigkeit der Datenabrufsoftware ohne Einfl sse der Datenlogger und mit minimalen subjektiven Einfl ssen der Messstationsbetreuer kann der Anteil der Tage f r die Dateneintr ge vorhanden sind herangezogen werden Dazu wird wiederum als Bezugsgr e die aktuelle Zahl der am Messnetz partizipierten Stationen benutzt jedoch wird diesmal eine Daten bertragung bereits dann als erfolgreich betrachtet wenn auch nur ein einzelner Datensatz pro Tag in die Datenbank eingetragen wurde Damit wird also nur der Erfolg des Dateneintrages nicht seine Vollst ndigkeit bewertet Abbildung 5 29 zeigt die Zusammenfassung der Ergebnisse f r die Jahre 1995 bis 1999 In diesem Fall bedeutet der Idealwert von 100 dass zu allen am Messnetz partizipierten Stationen an allen 162 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems Tagen im Monat eine unbestimmte
78. A w FE aan Te N CC K Es S A Es N Pa Es zusammen e Stunden Ze S ee fassen PEs daten Sensor Se Pa ECH 2 BE Pa daten e a E Se E N a e zusammen Tagesdaten Tassen und j gt mit Min Max auswerten N Pa Abbildung 5 13 Datenflussdiagramm zur Datenpr fung und zusammenfassung 124 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems F r die Datenbereitstellung gibt es die im Rahmen der Funktionssicht erl uterten zwei Organisationen die unterschiedliche Optionen des Systems nutzen Die erste Organisation ist der Betreiber der administrativ die Funktionen zur Aktualisierung der Benutzerschnittstelle steuert die zweite Organisation nur informationstechnisch zusammengefasst sind allge meine Benutzer Daten oder Beratungskunden die Messdatenabrufe ausl sen Die Online Datenbereitstellung gliedert sich funktionell in die Konfiguration der Kunden Benutzer schnittstelle durch den Betreiber Administratorschnittstelle und die eigentliche Datenanfor derung und anlieferung Da auch die Administratorschnittstelle eine spezielle Benutzer schnittstelle ist und die durch ihn angeforderten Ergebnisse auch speziell formatierte Datenabfragen ist der Datenfluss f r beide Funktionen prinzipiell identisch Abbildung 5 14 Die Einarbeitung der Organisationssicht geschieht also in der parallelen Bereitstellung von zwei aufgabenspezifischen Benutzerschnittstellen Zus SC SCH
79. ANSI SPARC 3 Schichten Modell 146 Stand der Technik 31 In beiden oben genannten Informationsmodellen ARIS ANSI SPARC wird als Werkzeug zur konzeptionellen Datenmodellierung semantische Modellierung SM auf das Entity Relationship Modell und davon abgeleitete Varianten zur ckgegriffen E R Modell ERM SERM 18 93 Die Objekte der realen Welt werden dabei in Entities umgesetzt die bestimmte Eigenschaften Attribute besitzen und miteinander in Beziehungen stehen Relationship 2 1 1 Systementwicklung Bei der Realisierung eines Informationssystems oder eines darin eingebetteten Teiles wie z B eines Softwareprojektes k nnen zwei grunds tzlich unterschiedliche Zielstellungen verfolgt werden n mlich die Realisierung als e geschlossenes System oder als e offenes System Ein geschlossenes System verk rpert eine meist von einem Hersteller stammende Einheit aller Komponenten zur L sung einer bestimmten Aufgabe bzw Gruppe von Aufgaben z B Warenwirtschaftssystem welches an eine bestimmte Hardware und ein bestimmtes Be triebssystem und nicht an Hersteller unabh ngige Standards gebunden ist Eine Erweiterung eines geschlossenen Systems durch fremde Komponenten oder die bertragung auf ein anderes Zielsystem Hardware und Betriebssystem ist nicht oder nur eingeschr nkt m glich Durch die L sung aus einer Hand erh lt der Anwender im Regelfall ein stabiles System ist aber hinsichtlich der Erweiterbarkeit und Au
80. Daten erreicht Station 45 Datum 13 09 1998 Datum Temperatur Feuchte Nied Luft Boden Luft Blatt schl 03 09 98 6 9 16 7 94 49 14 0 04 09 98 7 1 16 8 81 35 0 1 05 09 98 de 17 2 98 69 30 2 06 09 98 Guck Jee 92 75 9 8 07 09 98 37 0 19 9 85 36 0 0 08 09 98 4 5 16 1 93 68 0 7 09 09 98 6 8 16 0 79 50 0 0 10 09 98 9 6 16 7 74 29 0 6 11 09 98 4 0 17 2 98 94 18 5 12 09 98 1 4 16 3 91 58 21 2 Auswahl anzeigen ab Datum V zeigen vor Datum W weiter Z2 zur ck P 1 Pos L Letzte 0 2 Anzeige der Stundenwerte ggf andere Station w hlen sonst 31155 Abbildung 2 13 Wetterdaten Ausgabebildschirm von BALIS Btx Die interne Anwendung basiert auf der LAN WAN Verbindung zum Gro rechner und besteht in einer lokalen Programmversion des Btx Dialoges einer Reihe von Dienstpro grammen zur Verwaltung und berwachung der Stationen sowie Stapelverarbeitungspro grammen Batch Programmen zur dateiorientierten Dateneingabe und ausgabe Weiterhin sind von diesem beh rdeninternen Anwenderkreis noch auf anderen Programmpaketen basierende Applikationen nutzbar Am weitesten verbreitet ist der Zugriff ber die Benutzer schnittstelle f r DB2 SPUET SQL Processor Using File Input und ber die Datenbank schnittstelle des Statistik Systems SAS 60 Beide Applikationen arbeiten unter TSO Time 82 Stand der Technik Sharing Option des Gro rechnerbetriebssystems MVS 143 Die bernahme der Witte rungsdaten in PC basierende Standard B rol
81. ERE STATNR 8 AND MTKEY BETWEEN 2000 09 01 00 00 00 000000 AND 2000 09 01 23 59 59 000000 ORDER BY MTKEY ASC C 4 RS VLDO1 MTKEY TA200AVG RAINSUM STATNR EO 8 AND MTKEY BW 01 09 2000 00 00 00 10 09 2000 23 59 59 ORDER MTKEY 1 1 0 VLDO1 MTKEY TA200AVG RAINSUM 01 09 2000 00 3A00 15 8 1 8 2 1 0 02 09 2000 00 3A00 14 4 0 4 un ER ER 4 S 4 4 10 1 0 10 09 2000 00 3A00 15 4 11 0 0 VLDO1 MTKEY TA2O0OAVG RAINSUM Anzahl Datenzeilen 10 SELECT MTKEY TA2O0OAVG RAINSUM FROM agm VLDOl WHERE STATNR 8 AND MTKEY BETWEEN 2000 09 01 00 00 00 000000 AND 2000 09 10 23 59 59 000000 else ORDER BY MTKEY ASC C s 10 XS LOGOFF S 10 0 0 LOGOFF Abgemeldet Verbindung wird geschlossen Anhang B Data Dictionary f r Meteo Server 209 RB Data Dictonary f r MeteoServer B 1 Meta Datenkatalog Entity Attribut Type Beschreibung Tabelle DDPrivileg Manuell erstellte Tabelle Zugriffsrechte auf ffentlich verf gbare Entit ten Entity Char 20 Name der Entit t oder DB Tabelle Action Smallint Aktionstyp 1 6 implementiert 1 und 2 1 Execute 2 Retrieve 3 Insert 4 Delete 5 Update 6 Storno Privileg Smallint Notwendige Kompetenz Entity Attribut Type Beschreibung View VWDDObject Sicht auf DDPrivileg Liste aller ffentlich verf gbaren Entit ten Entity Char 20 Name der Entit t oder DB Tabelle
82. Eine weitere Forderung der Anwender war die Nutzbarkeit der Daten in Standardsoftware sowie verbreiteten Monitoring und Entscheidungshilfe Systemen Die Kompatibilit t der bereitgestellten Daten Schnittstellen wurde anhand der strukturierten Texte mit Tabellenkalkulationsprogrammen und Datenbanksystemen getestet Microsoft Office StarOffice Lotus SmartSuite Der Zugriff f r Pflanzenschutzberatungs Software wurde ebenso auf Dateibasis realisiert und mit dem Beratungssystem proPlant Version 3 2 f r Windows 152 und anhand der haupts chlich f r wissenschaftliche Zwecke verwendeten Datenaufbereitungssoftware PASO Zusammenf hrung von verschie denen Systemen zur Prognose agrarischer Schadorganismen 94 berpr ft Dabei traten keine Datenimportprobleme auf die nicht durch korrekte PC Systemeinstellungen gel st werden konnten Diskussion der Ergebnisse 173 6 Diskussion der Ergebnisse Bei der Umgestaltung des Datenerfassungs und Bereitstellungssystems des Bayerischen agrarmeteorologischen Messnetzes nach dem Auftreten der ersten Probleme auf Grund von Ver nderungen an der Infrastruktur 1992 wurden die aus dem Stand der Technik abgeleite ten Ma nahmen zur Schaffung offener Systeme an diesem konkreten komplexen System umgesetzt Der lange Beobachtungszeitraum seit der Inbetriebnahme des ersten automatisch arbeitenden agrarmeteorologischen Messnetzes 1989 bis heute erlaubte die umfangreiche Untersuchung unter den Rahmenbedingu
83. G DATEN Kennwort STUNDE DATEN von bis Prototyp einer Datenbereitstellungs Mailbox MINUTE DATEN GET Verzeichnis Datei bertragung vom Server Dateiname x Modem Protokoll LOG 1 Zeile letzte Zeile bermitteln von Bereichen der Abruf Dateiname Protokolldateien PUT Verzeichnis Datei bertragung zum Server Dateiname x Modem Protokoll PROGSTAT Programmstatus Abfragen oder setzen des Abrufprogramm Status REBOOT Authentifizierung Ausl sen eines Server Neustarts RUECKRUF Telefonnummer Anruftest f r CW 1 Wartung STATIST TAGSTAT Monat Jahr Ausgabe Spaltenzahl Ausgabe der bertragungsstatistik f r Monat oder Tag STATUS CNVLR SQL Bedingung Abfragen des Abrufstatus f r alle Stationen oder laut Bedingung SYSTEM Systemkommando Ausf hren eines Systemkommandos oder Authentifizierung Programms auf dem Server TYPE Dateiname Zeilenweise bertragung einer Textdatei ZEIT Ausgabe der bertragungszeiten der letzten Stationsabrufe ZIP nach DATEN Ausgabe der Daten nicht als ASCII Textfeld sondern als komprimierte Datei per x Modem Eine Besonderheit stellt die Funktion DATEN dar die eigentlich die Implementierung Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 149 einer minimalen Datenbereitstellungsschnittstelle auf Kommandozeilenebene in Form einer Mailbox darstellt Sie
84. HTML http HTTP IBM ISO IT ITU T JDBC LAN LBS LBA LBP LDAP LfE Datenbank Management System data base management system Datenverzeichnis data dictionary Datenbeschreibungssprache data definition language Datenfern bertragung Datenmanipulationssprache data manipulation language Disk operating system PC Betriebssystem Decision support system Entscheidungshilfesystem Deutscher Wetterdienst Europ ische Union European Community Electronic Data Interchange DF Normensystem Elektronische Datenverarbeitung Geografisches Informationssystem Global Positioning System Satellitengest tztes Ortungssystem Hypertext markup language Textbeschreibungssprache im WWW Hypertext transfer protocol bertragungsprotokoll im WWW International Business Machines Hersteller International Standard Organization Informationstechnologie information technology International Telecommunications Union Standardisierungs Sektor Telekommunikation Java Data Base Connectivity Datenbankschnittstelle von Java Lokal Area Network lokales Netz Landwirtschaftliches Bussystem Bayerische Landesanstalt f r Betriebswirtschaft und Agrarstruktur Bayerische Landesanstalt f r Bodenkunde und Pflanzenbau Light weigt Directory Access Protocol Internet Verzeichnisdienst Bayerische Landesanstalt f r Ern hrung Abk rzungen und Symbole 19 LKS NFS ODBC OS OSI OS 2 PC RAM ROM RS232C RDBMS RZ SQL TCP IP
85. Hauswirtschaft Auswahl einer Wetterstation gt Landwirtschaft Wald Station Dorf amp Elun 1 K 8 LBP Freising Gartenbau L s Gemeinde Markt amp Absatz Freising dt m d Landkreis Termine a Freisin Sn Publikationen Suchen Links Liste der Wetterstationen Das Agrarmeteorologische Me netz Bayern Bayerische Landesanstalt f r Bodenkultur und Pflanzenbau LBP M nchen Tel 089 17800 0 Ansprechpartner W Kerscher Tel 235 J Weigand Tel 226 Technische Realisierung Landtechnik Weihenstephan StMELF Landwirtschaft Pflanzenbau Wetterdaten Anfang C est http www stmelf bayern de lbp agm cgi bin agmdaten cgi statnr 8 Sl E e eme Abbildung C 2 Sensitive Karte zur Stationsauswahl In Abbildung C 2 befindet sich der Mauszeiger gerade im Gebiet um eine Messstation eine Kurzinformation zu dieser Station wird eingeblendet Au erhalb der sensitiven Bereiche um die Stationen wird eine entsprechende Aufforderung zum Bewegen des Mauszeigers auf eine Station gegeben Anhang C Aufbau der grafischen Benutzerschnittstelle 215 SZ BayStMLF Landwirtschaft Netscape ist E Eile Edit Yiew Go Communicator Help Agrarmeteorologisches Me netz Bayern Il ie Wetterdatenabruf Bodenkultur und Bayerisches LBPE Prianzenbau a g StMELF Landwirtschaft Pflanzenb
86. Lehrstuhl f r Landtechnik der Technischen Universit t M nchen Modellierung Realisierung und Validierung eines offenen Managementsystems f r agrarmeteorologische Messdaten Georg Fr hlich Vollst ndiger Abdruck der von der Fakult t Wissenschaftszentrum Weihenstephan f r Ern hrung Landnutzung und Umwelt der Technischen Universit t M nchen zur Erlangung des Akademischen Grades eines Doktor Ingenieurs Dr Ing genehmigten Dissertation Vorsitzender Univ Prof Dr agr Dr agr habil H Auernhammer Pr fer der Dissertation 1 Univ Prof Dr agr Dr h c AE Keszthely J Sch n 2 Univ Prof Dr Ing G F rber 3 Hon Prof Dr agr H H ckel Die Dissertation wurde am 30 08 2001 bei der Technischen Universit t M nchen eingereicht und durch die Fakult t Wissenschaftszentrum Weihenstephan f r Ern hrung Landnutzung und Umwelt am 14 12 2001 angenommen An dieser Stelle m chte ich mich bei allen bedanken die zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben Herrn Prof Dr Dr h c J Sch n und Dr G Wendl danke ich f r die Vergabe des Themas und die fachliche Anleitung Herrn Prof Dr Ing G F rber und Prof Dr H H ckel danke ich f r die bernahme der Koreferate und Herrn Prof Dr H Auernhammer f r die bernahme des Pr fungsvorsitzes sowie seine stetige Ermutigung bei der Anfertigung der Arbeit Dem Rechenzentrum der Bayerischen Landesanstalt f r Ern hrung der Abteilung Pflanzen sch
87. Netzwerk ist in diesem Sinn die Gesamt heit aller Knoten Messstationen Datenarchive Steuereinrichtungen und der zwischen ihnen liegenden Verbindungsstrecken zu verstehen 78 Die Definition eines Datennetzes als Gesamtheit der Einrichtungen mit denen ausschlie lich Datenverbindungen zwischen Datenendeinrichtungen hergestellt werden nach DIN 44302 wird damit um die Endein richtungen selbst erweitert Computer Netzwerke werden in ihrer Topologie nach Bus Ring oder Sternstruktur unterschieden Auch f r Messnetze kann diese Klassifizierung genutzt werden wobei die Datenerfassungsstruktur im allgemeinen sternf rmig ist d h alle Messstationen kommunizieren mit einem zentralen Punkt in dem die Daten geordnet erfasst abgelegt und f r die weitere Nutzung bereitgestellt werden F llt eine Station aus k nnen alle anderen weiterhin unbeeinflusst mit der Zentrale kommunizieren Messnetze k nnen aber auch in Busstruktur aufgebaut sein Beispiel f r diese Topologie sind Netze mit Funk Stand der Technik 63 daten bertragung und Relaisstationen die Punkt zu Punkt Verbindungen zwischen Zentrale und am weitesten entfernter Station als Kette von Knoten ber alle Stationen realisieren Ein Messnetz kann sich sowohl auf bestimmte rtlich zusammenh ngende Gebiete beziehen typisch f r die agrarmeteorologischen Messnetze der Bundesl nder oder auf weitverzweigte Anlagen wie Autobahnen Da oft gro e Datenmengen anfallen und meist auch die
88. Nutzung der Hypertext Beschreibungssprache HTML zur Gestaltung der Dialoge Die Nutzung von HTML bietet gleichzeitig den Vorteil dass Entwicklungswerk zeuge verf gbar sind die keine Programmierkenntnisse erfordern Damit ist eine Anpassung der Dialogschnittstelle durch den Betreiber oder andere fachliche Stellen m glich Ein eigentliches Programm zur Realisierung der Benutzerschnittstelle ist nicht mehr n tig da die Steuerung des Dialoges durch den zur Standardsoftware geh renden Browser realisiert wurde Als Abfrage Schnittstelle f r relative Datenbanken wurde die standardisierte Abfragesprache ANSI SQL eingesetzt Mit SQL konnte zum einen die Abfrage von Daten verwirklicht aber auch das Beschicken und Ver ndern der Datenbank realisiert werden Datenmanipulati onssprache DML Des weiteren sind in SQL Funktionen zum Erstellen der Datenbank und deren Verwaltung und Pflege implementiert Datendefinitionssprache DDL Da SQL selbst noch kein Werkzeug zum Erstellen von Programmen ist mussten die SQL Befehle in ein ablaufsteuerndes System mit Schnittstellen zum Benutzer und zum Prozess eingebettet werden Im Fall des Witterungsdaten Managementsystems waren zwei Schnittstellen zur Datenbank n tig die zum Laden der Datenbank mit den Wetterstationsdaten und die zum benutzerfreundlichen Abruf mit der oben erl uterten Schnittstelle Internetbrowser Als Schnittstelle zur Wetterstation war die nur teilweise standardisierte Verbindung zwi
89. Protokoll zur Datensicherung z B CAN Bus Profi Bus oder TCP IP f r ein agrarmeteorologisches Datenmanagementsystem die ideale offene Schnittstelle zwischen Datenlogger und Abrufsystem Leider sind die Bem hungen zur Standardisierung in diesem Bereich gerade erst angelaufen 7 2 2 Publikation informationstechnischer L sungen F r die allgemeine Nutzbarkeit von Softwareentwicklungen die ein breites Einsatzgebiet abdecken k nnen ist entweder das vollst ndige Einhalten von Schnittstellenstandards die Schaffung neuer Standards der durchbrechende Einsatz auf dem Markt oder deren Ver f fentlichung n tig Da nicht f r jede Aufgabe Standards bestehen und andererseits die Schaffung neuer Standards vom Entwurf bis zur Festschreibung durch ein Normungsgremi um lange Zeitspannen in Anspruch nehmen kann gewinnen sogenannte Industriestandards und offengelegte L sungen immer mehr Bedeutung Open Source Software OSS ist jedem im Quellcode zug nglich und kann unter Einhaltung organisatorischer und urheberrechtlicher Vorschriften von jedem Softwareentwickler bearbeitet oder von jedem Interessenten genutzt werden OSS ist vom Design eng an die Grunds tze offener Systeme angelehnt sie wird auf Grund ihrer Stabilit t Erweiterbarkeit Sicherheit im ffentlichen und kommerziellen Folgerungen und Ausblick 185 Umfeld immer mehr eingesetzt z B der meist eingesetzte Webserver Apache 9 Auch im landwirtschaftlichen Bereich ist der Einsa
90. Schlussfolgerungen Die rasante Entwicklung der Informationstechnologie erzeugt bei komplexen Informationser fassungs und Bereitstellungssystemen den gezeigten Wiederspruch zwischen Investitions schutz f r weniger innovationsbed rftige Komponenten und neuester Technologie Die Anpassungsf higkeit an neue Technologien ist oft nicht nur aus technischem Interesse oder der Erweiterung um neue M glichkeiten notwendig vielmehr wird berholte Technologie von Kommunikationsnetzbetreibern oder Anwendern abgeschafft und neue Versionen auf Grund der stabileren und damit kosteng nstigeren Betriebseigenschaften eingesetzt Bei der Verwendung geschlossener Systeme kann dann zwangsl ufig der Informationsfluss von der Informationserfassung und bereitstellung zum Endanwender unterbrochen sein oder der Anwender m sste an ein geschlossenes System gebunden werden Diese Bindung ist bei Anwendern deren informationstechnische Hauptanwendungen am PC erledigt werden auf Grund der universellen Einsatzfelder des PC nicht akzeptabel Das gleiche Problem entsteht bei der Online Verarbeitung der Information an dezentralen Standorten da der Betrieb eigener vom allgemeinen Trend unabh ngiger Kommunikationskan le unwirtschaftlich ist Der einzig m gliche Kompromiss ist der Einsatz von austauschbaren Komponenten Dazu m ssen die Aufgaben und Schnittstellen der einzelnen Komponenten genau definiert und abgegrenzt werden Der Austausch muss unter technisch und wirtscha
91. Standorte wurden gezielt nach Erzeugungsschwerpunkten in Gebieten mit Sonderkulturen Hopfen Obst und Weinbau eingef gt 147 Die Stationsnummern wurden vom Betreiber willk rlich in den meisten F llen entsprechend der Reihenfolge bei der Aufstellung vergeben Einige Stationen wurden aus verschiedenen Gr nden abgebaut oder versetzt Die Stationsnummern abgebauter Stationen wurden manchmal bei einem Neuaufbau der Station auf einem v llig anderen Standort wiederverwendet Abbildung 2 11 zeigt die Verteilung der insgesamt 117 Stationen zum angegebenen Zeitpunkt im Jahr 2000 Wegen der notwendigen Anbindungen an Strom und Telefonnetz sowie die notwendige Beaufsichtigung und Kontrolle der Anlagen Besch digungen wurden als konkrete Aufstel lungsorte pflanzen oder obstbaulich bewirtschaftete Fl chen in einer Entfernung von ca 50 bis 500 m von landwirtschaftlichen Geb uden gew hlt Dabei soll die Gel ndeform sowie Bewuchs Zusammensetzung und Schichtung des Bodens f r eine m glichst gro e Umge bung repr sentativ sein Die eigentliche Errichtung erfolgte entsprechend den Aufstellungs richtlinien nach VDI Richtlinie 3786 Blatt 13 149 Dementsprechend sind die Station in Stand der Technik 75 der Mitte einer eingez unten gem hten Messfl che ohne B sche etc aufgestellt Der Abstand zwischen dem Tr germast mit Standardsensoren und Datenlogger und dem Nieder schlagsmesser betr gt mindestens 2 m Abbildung 2 11 Standorte
92. Systeme k nnen beide Systeme heute mit weltweit mehreren Millionen Installationen als Standard Betriebssystem gelten Stand der Technik 39 2 1 1 3 Programmiersprachen Basis zur Erstellung von Programmen sind Programmiersprachen die eine logische Abstrak tion des von der Zentraleinheit abgearbeiteten Bin rcodes darstellen Entsprechend der Softwareentwicklungstechniken vgl 2 1 1 1 wird ein Programmtext entweder vom Ent wickler geschrieben oder als Ergebnis eines komfortablen meist grafisch orientierten Werkzeuges CASE Tool von einem Rechner generiert Analog zu den Entwicklungsme thoden gibt es Programmiersprachen die die verschiedenen Paradigmen unterst tzen Von der Vielzahl sollen an dieser Stelle nur h here Programmiersprachen der 3 Generation und davon nur verbreitete prozedurale strukturierte und objektorientierte Sprachen ber cksich tigt werden die auf mehreren Plattformen verf gbar durch Standards festgeschrieben und damit f r die Schaffung offener Systeme geeignet sind Die Programmierparadigmen strukturiert oder objektorientiert werden dabei durch die Programmiersprache nicht vollst ndig festgelegt sondern die Sprache bietet die M glichkeiten die Paradigmen umzusetzen F r das bersetzen eines Programmtextes in die Maschinensprache einer konkreten Hard ware gibt es grunds tzlich zwei M glichkeiten Entweder wird einmalig mit Hilfe eines Compilers der die Maschinenanweisungen zusammenstel
93. ads deutsch F den sind in sich geschlossene Programmfunktionen die parallel ausgef hrt werden k nnen Die eigentlichen Programmaufgaben laut Fachkonzept k nnen leicht in plattform unabh ngigen Funktionen innerhalb von Threads realisiert werden Dagegen ist die Imple mentierung der Threadsteuerung der Thread und Datensynchronisation und der Ansteue rung der seriellen Schnittstellen stark systemabh ngig Deshalb wurde die Software konse quent modularisiert und der Versuch unternommen Daten und Funktionen gemeinsam zu kapseln Objektorientierung Somit sind die Module leicht austauschbar und an andere Systemumgebungen anzupassen Die Realisierung mit Hilfe des Multithreading hat den Vorteil dass die Threads gemeinsame Speicherbereiche verwenden k nnen und das Be triebssystem ohne gro en zus tzlichen Leistungsbedarf f r Datenbewegungen und Synchro nisation die Verteilung der Last bernimmt Die Programmschnittstelle zur Datenbank wurde auf Hochsprach Niveau unter Verwendung von eingebetteten SQL Anweisungen realisiert Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 145 embedded SQL Die eigentliche Anbindung an das Datenbankmanagementsystem ber nehmen Bibliotheksfunktionen sowie Precompiler und Binder Programme die zur Ent wicklungsumgebung des Datenbankmanagementsystem geh ren Entsprechend dem methodischen Ansatz wurden vor dieser Implementierung Prototypen geschaffen die die wichtigsten Fun
94. andos absetzen Stationsstatusabfrage Datenanforderung Datenempfang Datenweitergabe Abbildung 5 7 Funktionsbaum der Unterfunktion Datenabruf Stationsabfrage 116 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems Zur Verbesserung der Modularit t sollen die abgefragten Messdaten als Klasse zusammenge fasst werden Damit k nnen f r die einzelnen Stationen Objekte angelegt und an die Daten bank weitergegeben werden Eine Entkopplung von Stationsabfrage und Datenbankeintrag wird m glich Die Unterfunktionen des Datenbankeintrages sind in Abbildung 5 8 ersicht lich Datenbankeintrag Qualit t pr fen Dateneintrag Integrit t herstellen Synchronisation Abbildung 5 8 Funktionsbaum der Unterfunktion Datenabruf Datenbankeintrag Die Datenaufbereitungsfunktionen haben die Aufgaben die ungepr ften Messdaten zu selektieren Pr fung in verschiedenen Stufen durchzuf hren die plausiblen Daten in die entsprechenden Tabellen abzulegen sowie die Eingangsdaten die im 10 Minuten Raster erfasst werden zu Stunden und Tagesdaten zusammenzufassen Es ist wiederum keine Benutzerinteraktion gew nscht Parameter und Ergebnisse werden in der Datenbank abge legt Datenbereitstellungsfunktionen F r die Datenbereitstellung ist eine grafische Benutzerschnittstelle n tig die auf Elemente aus der Datenbank zur ck
95. anz in kleinere Tabellen zerlegt Normalisierung F r gro e Datenmengen viele Datens tze k nnen Felder Tabellenspalten als Index definiert werden die den Zugriff durch das zus tzliche Speichern der Position der indizierten Datenmerkmale wesentlich beschleunigen Als Abfragesprache f r relationale Datenbanken hat sich SQL Structured Query Language durchgesetzt die durch die ANSVISO als Norm definiert wurde und heute in der 3 Aktualisierung SQL3 verwendet wird 1 Weit verbreitete und auf vielen Hardwareplattformen unter vielen Betriebssystemen nutzbare Datenbanksysteme sind DB2 von IBM 21 und Oracle 142 Sie k nnen als Client Server System und als verteilte Datenbank verwendet werden d h auf die zentral verwaltete Datenbank kann von mehreren Anwendern an verschiedenen Orten zugegriffen werden oder die Datenbest nde selbst sind auf verschiedenen Rechnern innerhalb eines Rechnernetzes verteilt Immer organisiert das Datenbankmanagementsystem die Konsistenz der Daten und sorgt f r deren Zuverl ssigkeit auch bei kritischen Zust nden der Hardware oder des Betriebssystems Au erdem besitzen moderne Datenbanksysteme neben dem eigentlichen Datenbankverwaltungssystem noch eine Reihe von Werkzeugen die die Datenverwaltung erleichtern das Erstellen von Anwendersoftware mit prozeduralen Programmiersprachen der Stand der Technik 43 3 Generation C Pascal FORTRAN oder mit deskriptiven Abfragesystemen Sprachen der 4 Gener
96. armeteorologische Datenmanagement system angelegt werden k nnen Abbildung 5 19 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 131 Messstation Analogmodem Herstellerprotokoll beliebige Anwender Analogmodem ISDN HTTP Socket PPP Interne Anwender HTTP Socket Pe en 7 8 E ffentliches N Beh rdennetz N 2 Telefonnetz Internet Intranet E Re FE ER KLAT zf BS Si 2 Firewall Router J WWW Server 2 N LEE Eeer 2 ji Na A EI D Ge LAN H J Datenbank J Disksystem j SS y Nn CHE E Applikations Da atenbankserver server Grossrechner Abbildung 5 19 Netzwerktopologie Die konkreten Komponenten und Kommunikationswege zeigt Abbildung 5 20 Dabei sind die abgeschlossenen Bereiche des lokalen Netzes z T TCP IP basierend z T IBM Token Ring Netzwerk im rechten unteren Bildteil der Intranetbereich rechts oben und der Inter netbereich oben in der Mitte dargestellt Extranetbereiche also nicht ffentliche Teilnehmer die r umlich au erhalb organisatorisch jedoch innerhalb des Systems angeordnet sind sind auf der linken Bildh lfte zu finden Auch die organisatorische Trennung in Betreiber und Anwender und Rechenzentrum kann der Darstellung entnommen werden 132 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems
97. as Datenbanklademodul tr gt die zwischengespeicherten Informationen in die Daten bank ein und berwacht die ordnungsgem e Abarbeitung der Datenbank Transaktionen e Das Modul zur Dokumentation und Fehlerkontrolle schreibt ein Logbuch ber Erfolg und Misserfolg der Aktionen aller Module und organisiert eventuell Notprogramme zum ge ordnetem Programmabbruch oder zur Ressourcenfreigabe Das Logbuch soll zur Ermitt lung statistischer Daten ber die Softwarequalit t geeignet sein Bediener Schnittstellen SEET Programm steuermodul a BEE Schnitt Modem Abruf a stellen j Abfrage steuermodul SE Module Module Zoe lademodul Dokumentation und Fehlerkontrolle Abbildung 5 21 Module des Datenabrufsystems Zur Optimierung der Dauer der Daten bertragung von allen Stationen in die Datenbank sind die Module oder das Gesamtprogramm skalierbar auszulegen damit mehrere Verbindungen zwischen Datenbank und Messstation gleichzeitig stattfinden k nnen Die Schnittstellen zwischen den Modulen sind so zu gestalten dass die Skalierung durch Parallelisierung von Prozessen auf einem Rechner oder durch Verteilung auf verschiedene Rechner m glich ist Da die geforderten Aufgaben einzeln einen PC nicht bis zur Leistungsgrenze belasten und die Anforderungen an Systemsicherheit und Stabilit t nicht so hoch sind dass mehrere Hard ware Systeme redundant parallel betrieben werden m ssen wird
98. ass ein kurzer Stromausfall nicht den Verlust bereits erfasster Messdaten bewirkt Die Messdaten werden ber die genormte Schnittstelle RS232C V 24 24 25 oder eine 20mA Strom 74 Stand der Technik schleife per herstellerspezifischen Datenprotokoll zum PC bertragen F r die Daten bertra gung archivierung und visualisierung der Messdaten wird vom Hersteller die spezielle Software FMA PC 81 zur Verf gung gestellt Die Wetterdaten werden auf der Basis des Index basierten Dateiverwaltungssystems Btrieve organisiert das Programmschnittstellen zu verschiedenen Programmiersprachen besitzt 120 Mit dem Programm FMA PC kann die Station au erdem konfiguriert werden und es k nnen Diagnose und Serviceaufgaben wahrgenommen werden Spezifische Einstellungen der Station werden auf dem PC in speziellen Dateien abgespeichert 2 4 2 Standorte der Messstationen Ziel der Aufstellung der Messstationen war eine fl chendeckende Bereitstellung exakter Wetterdaten f r landwirtschaftliche Zwecke Die Standorte wurden jedoch nicht gleichm ig in einem geometrischen Raster sondern auf der Basis der naturr umlichen Gliederung ausgew hlt Die Grundlage bildete die Standortkundliche Landschaftsgliederung 160 f r Bayern unter Ber cksichtigung der Erzeugerschwerpunkte von Leitb den verschiedenen Bodenarten und von regional unterschiedlichen klimatischen Verh ltnissen In jedem Naturraum wurden ca zwei Stationen errichtet weitere
99. atenabrufsystems wurden Hilfsmittel zur manuellen Kontrolle und Steuerung implementiert Um dem Betreiber und Administrator die Ausf h rung dieser Aufgaben unabh ngig von seiner Anwesenheit am Standort der Hardware zu erm glichen wurden diese Hilfsmittel in Form eines Fernwartungssystems mit Modem schnittstelle realisiert Der Ablauf des Fernwartungsprogramms entspricht einer Terminalsit zung wobei durch das Programm keine Benutzer Authentifizierung stattfindet Sie kann bei Bedarf durch modeminterne Zugangsschutzmechanismen wie Passwort und R ckruf realisiert werden Die einzelnen Administrations Funktionen werden durch Kommandos 148 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems aktiviert die evtl durch Parameter genauer definiert werden k nnen Tabelle 5 3 Je nach Auswirkung die eine Funktion auf das Datenabrufsystem haben kann wird evtl vor der Abarbeitung des Auftrages eine Authentifizierung verlangt Gibt eine Funktion Antworten aus werden diese an die Modemschnittstelle im Klartext ASCI weitergegeben Einzige Ausnahme sind die Datei bertragungsfunktionen GET und PUT die eine Datenfern bertra gung mit dem Industriestandard Protokoll x Modem erlauben Tabelle 5 3 Kommandos und Funktionen des Fernwartungsprogramms wrlogind Kommando Parameter Funktion DATEN Stundendaten Statnr Variable Messdatenbereitstellung f r ROHDATEN Benutzer Wartungs und Testzwecke TA
100. ation CASE Tools 58 erlauben und den Zugriff ber verschiedene Netzwerkstati onen Clients organisieren Im Rahmen der Speicherung multimedialer Daten gewinnen objektorientierte Datenbank systeme immer gr ere Bedeutung 8 45 Wie bei der objektorientierten Programmierung wird die Trennung zwischen Daten und Zugriffs Methoden aufgehoben So entstehen Objekte die die Komplexit t des in einer Datenbank abzulegenden Ausschnitts aus der realen Welt oftmals besser abbilden k nnen als reine Zahlen und Textdarstellungen und die in Klassen organisiert werden k nnen F r vorwiegend numerische Daten und Textdaten wie im Fall agrarmeteorologischer Messdaten berwiegen jedoch die derzeitigen Nachteile objektorientierter Datenbanksysteme wie hoher Ressourcenbedarf und noch nicht ausgereifte Zuverl ssigkeit so dass auf sie nicht weiter eingegangen wird 2 1 2 Datenkommunikation und Kommunikationsnetze Der Informationsfluss in verteilten Systemen beruht auf dem Austausch computerlesbarer Daten Die dazu notwendige Infrastruktur basiert auf Kabeln elektrische oder optische Leiter oder Funkverbindungen Infrarot Zellenfunk Richtfunk und Schnittstellen zur Datenverarbeitungsanlage An einer Kommunikation sind immer zwei Partner sogenannte Datenendeinrichtungen beteiligt der Datenaustausch kann entweder in einer Richtung simplex oder gleichzeitig in beiden Richtungen duplex stattfinden Sollen mehrere Partner an der Kommunikation
101. ation oder auf den Datenbestand mit elektronischen Medien oder offline in Schriftform oder ber austauschbare Datentr ger zugegriffen werden Ausgehend von ihren unterschiedlichen Anspr chen an Witterungsdaten haben sich verschiedene Gruppierungen als Datenerfas 62 Stand der Technik sungsorganisationen etabliert M gliche Lieferanten f r Wetter und Klimadaten Deutsch lands aus bodengebundenen Messprogrammen nach METTERNICH 91 zeigt Tabelle 2 4 Tabelle 2 4 Ausgew hlte Lieferanten f r Wetter und Klimadaten in Deutschland 91 Bund Deutscher Wetterdienst DWD Offenbach Umweltbundesamt UBA Berlin Land Immissionsmessnetze auch wissenschaftliche Institute Radioaktivit ts berwachungsprogramme Forstmeteorologische Messstationen Naturschutzprogramme Wirtschaftliche Unternehmen M lldeponien Flugpl tze Autobahnmeistereien In der Regel handelt es sich dabei um vernetzte Messstationen Die erfassten Daten sind jedoch nur beschr nkt f r die Verarbeitung in landwirtschaftlichen Beratungssystemen geeignet da es sich in den seltensten F llen um Daten aus Agrar Erzeugungsgebieten und nie um Messwerte aus landwirtschaftlichen Pflanzenbest nden handelt 2 3 Messnetze f r agrarmeteorologische Daten Messnetze oder Netzwerke sind durch die Zusammenfassung einer gr eren Anzahl von Messstationen die Vereinheitlichung der Datenbest nde und zentrale Speicherung der Messdaten ber l ngere Zeitr ume entstanden Als
102. ationskan len notwendig 83 117 Durch standardisierte Kommunikation wird ein offenes komplexes landwirtschaftliches Datenmanagementsystem m glich in das in einer Art Objektbaukastensystem Komponenten f r verschiedene Aspekte bedarfsgerecht integriert werden k nnen z B in der teilfl chenspezifischen Pflanzenproduktion Kompo nenten zum Pflanzenschutz D nge oder Flottenmanagement Ans tze dazu sind auf der Basis von TCP IP im Rahmen von Data Warehouse Applikationen und E Commerce L sungen unter Zuhilfenahme verteilter Objektstrukturen wie CORBA DCOM oder Java RMI und JMS zu finden vgl Kap 2 1 2 7 2 4 Ausblick Mit dem Einsatz offener Systeme im Bereich Agrarinformatik k nnen allgemeine L sungen 186 Folgerungen und Ausblick geschaffen werden die sich durch Zuverl ssigkeit Anpassungsf higkeit Best ndigkeit und Herstellerunabh ngigkeit auszeichnen Wichtiges Kriterium ist die Verwendung allgemein verf gbarer Standardl sungen und das Bestreben zur Standardisierung oder Publikation von nicht durch Standards abgedeckten aber h ufig auftretenden Teilaufgaben Notwendig ist immer eine Modellbildung der Informationsprozesse um Komponenten und Schnittstellen erkennen und spezifizieren zu k nnen Dieser Ansatz sollte auch zur Bew ltigung der Datenflut beitragen k nnen die derzeit aus landwirtschaftlichen Prozessen gewonnen werden kann aber ohne Systematisierung und Verarbeitung unter Verwendung von Expertenwissen
103. atus des Data Dictionary jederzeit durch Datenbankabfragen abrufbar Tabelle 5 2 gibt eine bersicht ber die eingesetzten Entit ten und deren Verwendung Tabelle 5 2 Entit ten und deren Verwendung in der agrarmeteorologischen Datenbank Erl uterung Zugriff A Abruf B Bereitstellung P Pr fung W Wartung Gruppe Entit t Attribute Inhalt Zugriff Steue CNLOG 19 Steuerung Plausibilisierung P Ze CNPAR 7 Programmsteuerung Datenabruf AP CNREP 5 Kurz bersicht Online Daten P CNRLOG 19 Aktueller Stationsstatus P CNSO01 47 Tagesstatistik Standardsensordaten P CNVLR 8 Steuerung Datenabruf AP CNWS 9 Steuerung Datenselektion W Be DSCNVLR 3 Beschreibung Datenabrufsteuerung A schrei bung DSDIST 9 Entfernung und Richtung zwischen allen Stationen P B DSLOGC 13 Status der letzten Datenabrufe AP DSMAPS 8 Zuordnung Stationslage zu Gebietskarten B DSLOGR 18 Bewerteter Status der Stationsabrufe P DSSCONF 12 Stationsbezogene Sensorzuordnung AP Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 141 Gruppe Entit t Attribute Inhalt Zugriff DSSTAT 19 Stationslage und Beschreibung P B DSSTYP 15 Sensordefinition APPB DSVLERR 3 Beschreibung Stations und bertragungsfehler A P W HSSTAT 19 Kopie DSSTAT f r abgebaute Stationen Mess VLDO1 32 Tagesmittel bzw Summenwerte und Extrema P B daten Standardsatz VLDO2 10 Tagesm
104. au Wetterdaten Anfang Landwirtschaft d re Wetterstation Nr 8 LBP Freising Regbez Oberbayern e Lkr Freising FS e Gemeinde Freising Gkst 178124 Ern hrung Hauswirtschaft Tages Durchschnittswerte PER Datum LufttemperaturlBodentemperatur Luft Wind Nieder Blatt Global gt chaft AG IS feuchtelgeschw schlag n sse strahlung Wald m s mm w m Dorf amp Elun 200 cm 20 cml5 end 29 Iso cm 200 cm 250 cm 100 200 cm cm cm Gartenbau 08 03 2001 7 6 6 4 1 12 9 2 3 83 0 6 0 2 3 2681 4 Markt amp Absatz 09 03 2001 7 2 6 9 58 KMA 13 94 7 0 6 49 289 12607 10 02 2001173 6 8 54 45 135 1894 0 6 14 46 7 2204 7 Termine 11 03 2001 9 7 9 6 71 55 739 914 1 4 8 122 6 1925 8 Publikationen 12 03 2001 10 3 10 5 1837165 4 6 88 0 6 2 6 17 1 2290 6 Suchen 13 03 2001 6 9 6 9 E ee 16 6 piy 2534 2 Links 14 03 2001 4 8 4 8 58 5 7 Gi Joo 2 25 295 123872 F r die Richtigkeit der Me daten bernimmt der Betreiber keine Haftung Weitere Informationen e Datenausgabe modifizieren Zeitbereich Ausgabeformat Me gr en es Stationsinformation Lage Ausstattung benachbarte Stationen e Aufbau und Funktion einer Wetterstation Erl uterung der Me werte A zur ck zur Stations Auswahl Bayerische Landesanstalt f r Bodenkultur und Pflanzenbau LBP g 2 M nchen Tel 089 17800 0 Ansprechpartner W Kerscher Tel 235 J Weigand Tel 226 StMELEF Landwirtschaft Pflanzenbau Wetterdaten Anfang u Document Done Abbildung C 3
105. bar keit und Transparenz der Softwarestrukturen Da eine verbale Beschreibung in diesem Bereich meist nicht die komplexe Struktur des Softwaresystems eindeutig wiedergeben kann werden berwiegend grafische Hilfsmittel eingesetzt Basiskonzepte Die Basiskonzepte f r strukturierte und objektorientierte Entwicklung unterscheiden sich wenig daher k nnen sie im folgenden gemeinsam beschrieben werden Die Phasen in denen zur Abstraktion und Dokumentation Hilfsmittel unbedingt eingesetzt werden m ssen sind sowohl Definitions phase und Entwurfsphase als auch die Implementierungsphase Eine bersicht ber die einsetzbaren Basiskonzepte gibt Abbildung 4 2 Datenfluss diagramm Funktions Definitionsphase Lu Petri Netz Baum Pi FH x Entity Relationship Zustands e X ER Automat N J N Klassendiagramm Interaktions A Diagramm IN a Entwurfsphasse a 1 Data Dictionary Entscheidungs J 7 b tabelle ET d BZ Jackson Diagramm Regeln 4 g CH Struktogramm Pseudocode A Implementierungs WM Programm phase ablaufplan PAP Warnier Orr Diagramm Abbildung 4 2 Einsatz der Basiskonzepte in verschiedenen Phasen der Softwareentwicklung nach BALZERT 4 Mittel und Verfahren f r die Entwicklung des offenen Datenmanagementsystems 97 Der Einsatz der Basiskonzep
106. bau bereitstellen Aus konomischen Gr nden bei der Aufstellung und beim laufenden Betrieb sowie aus fachlichen Vorteilen bei der Entwicklung neuer Beratungs und Prognosesysteme auf Grund vergleichbarer Daten f r verteilte Fl chen werden mehrere Messstationen zu Messnetzen zusammengeschlossen Die Daten werden in zentralen Datenbanken abgelegt und k nnen somit von qualifizierten Fachleuten oder zentral gepflegter Software aufbereitet analysiert und bewertet werden Die Bereitstellung dieser Daten oder Beratungsergebnissen erfolgt auf verschiedenen Wegen telefonisch per Fax ber Bildschirmtext Btx bzw T Online und im Anfangsstadium bereits auch ber das Internet Dabei werden jedoch die M glichkeiten der modernen Informationsverarbeitung bei weitem nicht ausgesch pft was sich in Folge als Unsicherheit bei der Daten bertragung und mangelhaften oder fehlenden Beratungsergebnissen u ert Generell ist ein ausgepr gter Wiederspruch zwischen hohen Investitionskosten f r relativ best ndige langlebige Ger tetechnik im Datenerfassungsbereich auf der einen Seite und dem rasanten Entwicklungstempo der Informationstechnik verbunden mit der schnellen Abl sung veralteter Technologie auf der anderen Seite zu verzeichnen Problem und Zielstellung 85 3 _ _Problem und Zielstellung F r die Entwicklung und beim praktischen Einsatz von Beratungssystemen im Rahmen des umweltgerechten Pflanzenbaus oder zur Verwirklichung von Syste
107. bbildung 2 10 Ansicht einer agrarmeteorologischen Messtation Nr 6 Roggenstein Kreis F rstenfeldbruck 10 94 Quelle LBP sn nu 72 Abbildung 2 11 Standorte der Messstationen des Bayerischen agrarmeteorologischen Messnetzes 02 2000 Quelle EBPF 2 2 ER 13 Abbildung 2 12 bersicht ber den Datenfluss im Bayerischen agrarmeteorologischen Messnetz Stand 19 Bussen 77 Abbildung 2 13 Wetterdaten Ausgabebildschirm von BALIS Bix ceneenenen 81 Abbildung 3 1 Software Qualit tsmerkmale 4 113 hinterlegte Merkmale sind gleichzeitig Kriterien offener Systeme ass A S 91 Abbildung 4 1 Prototypingorientierter Software Life Cycle nach Ti oeit 93 Abbildung 4 2 Einsatz der Basiskonzepte in verschiedenen Phasen der Softwareentwicklung nach BATZERT A TT 96 12 Abbildungsverzeichnis Abbildung 4 3 Beispiel eines Vorgangsketten und eines ereignisgesteuerten Prozessketten diagramms zur Auflistung der verwendbaren Elemente s sssssseeeesseseesesetsesseseesssseeees 97 Abbildung 4 4 Entity Relationship Diagramm Beispiel zur Erl uterung der Elemente v l n r Entity mit verschiedenen Attributen 1 1 Beziehung Is A Beziehung 98 Abbildung 4 5 Datenflussdiagramm nach DE MARCO 4 Beispiel zur Darstellung der Elemente klei seh 99 Abbildung 4 6 Programmablaufplan PAP 4 Beispiel zur Darstellung der Elemente 100 Abbildung 4 7 Zustandsdiagramm Beispiel zur Darstellung der Elemen
108. bewegt Durch das Verschmelzen Kapselung von Daten und die zu ihrer Bearbeitung verwendeten Methoden zu Objekten werden die erzeugten Programme sicherer Durch die erzwungene erweiterte strikte Modularisierung und die Formalisierung von Objekten mit hnlichen Eigenschaften zu Klassen durch die Erzeugung neuer Objekte aus bestehenden mit Vererbung von Objekteigenschaften werden Programmteile wiederver wendbar Es entsteht ein gro er Software Baukasten der mit Hilfe standardisierter Schnitt 36 Stand der Technik stellen unter verschiedenen Programmiersprachen genutzt werden kann z B Microsoft Foundation Class MFC zur Entwicklung von Windows Programmen oder X11 der Open Software Foundation f r grafische Benutzerschnittstellen unter UNIX 88 Klassische objektorientierte Programmiersprachen sind C 84 und Smalltalk 106 Regelbasierende Methoden werden im Bereich der k nstlichen Intelligenz KI bzw artifical intilligence Al z B zur Entwicklung von wissensbasierenden Systemen Expertensystemen oder neuronalen Netzen angewendet 46 77 F r alle Grundrichtungen der Systementwicklung gibt es Methoden und Hilfsmittel zur Problemerfassung beschreibung und l sung Oftmals sind die Grenzen zwischen objektori entierten und strukturierten Modellans tzen flie end Als wissenschaftliches Hilfsmittel f r die Umsetzung der Modellans tze in Software wird das Software Engineering Software Technik 4 28 106 113 eingesetzt Di
109. bsolute Extremwerte entsprechend ihrem Datenblatt und auf relative meteorologisch sinnvolle Extremwerte gepr ft Temperaturen werden gegen ber der mittleren Tagestemperatur und auf kurzzeitige nderungen aufeinanderfolgender Messwerte Spr nge Ausrei er untersucht Die Luftfeuchte wird hnlich den Temperaturen auf Kurzzeitfehler und zus tzlich bez glich des Erreichens des n chtlichen Feuchtemaximums beurteilt Dieses Kriterium wird auch f r die Blattn ssesensoren verwendet F r die Nieder schlagsmesser wird eine Intensit tsobergrenze gepr ft Beziehung zwischen H he und Zeitdauer des Niederschlagsereignisses Auch nderungen der Windgeschwindigkeit k nnen da es sich um 10 Minuten Mittelwerte handelt nicht in beliebiger H he und Reihenfolge auftreten Als dritte Teststufe werden mehrere Sensoren untereinander vergli 150 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems chen Dabei werden Blattbenetzung und Niederschlag und die einzelnen Temperatursensoren miteinander verglichen Ziel bei allen vergleichenden Pr fungen ist nicht nur das Auffinden weiterer m glicher Fehler sondern auch das Best tigen oder Verwerfen der Ergebnisse der Einzelpr fungen Nach der Datenpr fung findet die zeitliche Zusammenfassung der Messwerte statt Aggrega tion Per Definition werden die Achsen f r die Zeitz hlung des Tages von 00 00 00 Uhr bis 23 59 59 festgelegt Bezogen auf die 10 Minuten Daten bedeutet das einen Bere
110. ch hier k nnen Data Dictionary Informationen nicht direkt weitergegeben werden Da es kein plattform und applikations bergreifendes bin res Datenformat gibt ist es nicht sinnvoll bin re Daten zur Verf gung zu stellen Als bersichtsinformationen sind nicht nur Dateien anzubieten sondern eine Ausgabe von Tabellen auf dem Bildschirm vorzusehen Vorteilhaft ist die Bereitstellung einiger Daten als Grafik von verschiedenen Messgr en ber die Zeit Als Eingangsgr en f r Prognosesys teme und f r die Weiterverarbeitung in wissenschaftlichen Anwendung ist eine derartige Pr sentation aber nicht vorrangig n tig 140 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 5 3 Implementierung des offenen Datenmanagementsystems 5 3 1 Datenbasis Im Kapitel 4 2 sind die verwendeten Datenbankmanagementsysteme und ihre Hard und Softwareumgebung beschrieben Das prinzipielle Datenmodell wurde im Rahmen der Definitionsphase in diesem Kapitel vorgestellt Das detaillierte Data Dictionary f r die unter DB2 realisierte und getestete Implementierung findet sich in der Systemdokumentation 82 Die Datendefinition fand unter Nutzung der standardisierten SQL Elemente zur Datenbe schreibung SQL DDL statt DB2 bietet die M glichkeit nach der Datendefinition in den systemeigenen Repository Tabellen beschreibende Zusatzinformationen zum Data Dictionary mit Hilfe von Datenmanipulationskommandos zu speichern Damit ist der aktuelle St
111. ch nach den Prinzipien eines offenen Systems zur Verf gung Die weite Verbreitung der Internetprotokoll und Dienstfamilie bewirkte au erdem die zunehmende Nutzung der Werkzeuge auch im abgeschlossenen LAN bzw innerhalb rtlich verteilter Institutionen Dieser Bereich der abgeschlossenen Nutzung der Internetdienste ohne Zugang f r nicht zur Organisation geh rige Computer und Netzwerke wird als Intranet bezeichnet 2 1 2 4 Online Datenzugriff im Internet Die wichtigste Rolle bei der Datenbereitstellung im Internet spielen die Web Server Damit sind Computer gemeint die mit Hilfe einer speziellen Software vorgefertigte Hypertext Dokumente bereitstellen Zu dieser Web Server Software k nnen Erweiterungen addiert werden die ein dynamisches generieren von Dokumenten aus Datenbanken Prozessdaten oder anderen variablen Gr en erlauben 153 Als Mechanismen daf r gibt es zum einen geschlossene Systeme aus Webserver und Datenbankschnittstelle wie der Internet Information Server von Microsoft mit den Erweite rungen Active Server Pages ASP und Datenbank Connector IDC aber auch von jeder Web Server Software unterst tzte offene Schnittstellen wie das Common Gateway Interface CGI 52 http www w3 org Daemon User CGV Overview html Abbildung 2 7 verdeut licht die Arbeitsweise des CGI Mit dieser Schnittstelle k nnen serverseitige Funktionser weiterungen in beliebigen Programmiersprachen erstellt werden dabei sind bei den offenen
112. che Methode zur Vermeidung von Sch dlingsbefall und Pflanzenkrank heiten ist die Anwendung von chemischen Pflanzenschutzmitteln in der sogenannten Gesundvariante oder pr ventiven Krankheits Befallsbek mpfung in der ohne Kenntnis der Befallssituation oder Befallsgef hrdung ausgehend von Erfahrungswerten und den ung ns tigsten m glichen Umst nden gro e Mengen an Wirkstoffen zu allen kritischen Zeitpunkten an den Pflanzen appliziert werden Damit wird zwar das Befallsrisiko minimiert jedoch findet in den meisten F llen eine berdosierung statt die konomisch und insbesondere kologisch unvertretbar ist da sie neben den hohen Kosten f r die Bek mpfungsmittel einen hohen Schadstoffeintrag in die Produkte die Nachbarkulturen und durch die nicht vollst n dige Umsetzung der Wirkstoffe auch in den Boden und damit evtl in das Trinkwasser verursacht Da aber der Sch dlings oder Krankheitsbefall an Pflanzen in vielen F llen von den rtlichen Klimabedingungen abh ngig ist 40 125 kann mit geeigneten Modellen die regionale Klimadaten wie Luft und Bodentemperaturen Niederschlagsaktivit ten Luftfeuchtigkeit und Sonnenstrahlung als Eingangsdaten verwenden eine gezielte und dosierte Anwendung von Pflanzenschutzmitteln stattfinden Damit sind Arbeitszeit und Kosteneinsparungen m glich wobei jedoch auch der Aufwand f r die Datenerfassung und aufbereitung zur Entscheidungsfindung beachtet werden muss Somit sind die konomischen Ef
113. cheidungshilfen im Pflanzenschutz nach 53 138 144 eee 23 Tabelle 2 1 Kriterien f r die elektronische Ablage von Daten 41 Tabelle 2 2 Einordnung verschiedener Netzwerk Welten in das OSI Modell zusammengefasst nach BUES I Dass esnsa a eke 46 Tabelle 2 3 In agrarmeteorologischen Messstationen eingesetzte Sensoren nach 149 56 Tabelle 2 4 Ausgew hlte Lieferanten f r Wetter und Klimadaten in Deutschland 91 62 Tabelle 2 5 Beispiele internationaler agrar Jmeteorologischer Messnetze mit ffentlicher Informationsbereitstell ng EE 64 Tabelle 2 6 Agrarmeteorologische Messnetze in Deutschland OI 67 Tabelle 2 7 In der FMA 86 Weihenstephan eingesetzte Sensoren s ss sessssessesesssresresee 71 Tabelle 2 8 Genormte Schnittstellen des Datenerfassungssystems nnnee 71 Tabelle 2 9 Tabellen und Normalisierungszustand der agrarmeteorologischen Datenbank T Au sbaustufe EE 80 Tabelle 2 10 Betreuer der Datenabrut Svstemkomponenten 82 Tabelle 3 1 Mangelhafte und stabile Komponenten des bestehenden Datenmanagementsystems uiid 87 Tabelle 4 1 Kriterien der Softwareentwicklung nach RAASCH 113 J ee 95 Tabelle 4 2 Notation zur Beschreibung von Data Dictionary Eintr gen 4 99 Tabelle 5 1 Vorgangsketten des Datenmanagementsystems s ssssssssesssssersesseseesesseeesees 109 Tabelle 5 2 Entit ten und deren Verwendung
114. chinen der Technischen Universit t M nchen 1984 290 S Schmitt G Mikrocomputertechnik mit 8086 Prozessoren M nchen Oldenbourg 1994 382 S Schr dter H Wetter und Pflanzenkrankheiten Berlin Springer 1987 191 S Schr fer E Elektrische Messtechnik M nchen Wien Carl Hanser 1988 470 S 196 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 Literatur Schwetlick H PC Messtechnik Braunschweig Wiesbaden Vieweg 1997 408 S Sedgewick R Algorithmen in C Bonn M nchen Paris u a Addison Wesley 1992 742 S Seifert M Digitale Schaltungen Berlin Verlag Technik 1986 560 S Seifert M Analoge Schaltungen Berlin Verlag Technik 1988 579 S Sevruk B Methodische Untersuchungen des systematischen Messfehlers der Hellmann Regenmesser im Sommerhalbjahr in der Schweiz Z rich Eidgen ssische Technische Hochschule Z rich 1981 297 S Siegel J CORBA Fundamentals and Programming New York Wiley 1996 693 S Siever E und A Oram Linux in a Nutshell Sebastopol O Reilly 1999 628 S Simon A und T Wheeler Open Systems Handbook Cambridge London Academoc press 1995 285 S Sorensen R Inside Microsoft Windows NT Internetentwicklung Unterschlei heim Microsoft Press Deutschland 1998 311 S Spangler A und H Auernhammer Die LBS Programmbibliothek erstes open Source
115. chluss einer Vielzahl von TCP IP basierenden lokalen Netzen zum Internet macht die weltweite Kommunikation beliebiger angeschlossener Rechner mit einheitlichen Schnittstellen ohne Datenverlust oder Verf lschung und ohne genaue Kenntnis des bertragungsweges m glich Hilfsmittel wie Modem oder ISDN Adapter bzw Gateways erlauben den Anschluss von einzelnen Datenendger ten oder LANs ber das Telefonnetz an das Internet Logische Br cken dazu sind Internet Service Provider ISP d h Dienstleister die den Zugang zu dem globalen TCP IP basierenden Netz ber Einwahl Knoten erm glichen Damit sind die technischen Voraussetzungen f r ein einheitliches allgemein zug ngliches Kommunikationsnetz gegeben Zur Nutzung dieses Netzes gibt es eine Reihe standardisierter Protokolle und Dienste auf der 5 und 6 Ebene des OSI Schichtenmodells Die wichtigsten sind e Datei bertragung File Transfer Protocol FTP e Anmeldung an einem entfernten Rechner Telecommunications Network Telnet e Elektronische Post eMail Simple Mail Transfer Protocol SMTP und e Transport multimedialer Daten im World Wide Web HyperText Transfer Protocol HTTP Es existiert noch eine Reihe weiterer Dienste zur strukturierten Informationssuche Gopher WAIS Archie etc die jedoch mit dem Aufkommen des WWW an Bedeutung verloren haben und Verzeichnis Dienste wie NFS Network File system und LDAP Light weigt Data Access Protocol die einen einheitlichen Z
116. crosoft Windows 95 und NT 4 0 verwendet Der Rahmen f r die Implementierung des Produktionssystems wurde von Auftraggeber entsprechend der vorhan denen Infrastruktur festgelegt Das Produktionssystem nutzt IBM DB2 Version 4 0 bis 6 1 auf einem IBM Gro rechner verschiedene Generationen derzeit 390 unter OS 390 als Server welches mittels IBM DDCS DB2 Connect die Verbindung zu den Clients IBM kompatible PC unter den Betriebssystemen IBM OS 2 und Microsoft Windows schafft 4 3 Hardware und Standardsoftware Die Datenfern bertragung von der Wetterstation zum Zentraldatenbank System sollte mit Hilfe einer Direktverbindung auf der Basis von Standardmodems realisiert werden Stan dardmodem bedeutet Steuerbarkeit durch AT Kommandos und Einsatz genormter Verfah ren zur Datenkompression und sicherung Entsprechend dem Stand der Technik werden Ger te mit Fehlerkorrektur und Datenkompression nach V 42bis CCITT und NMP5 Industriestandard eingesetzt Der PC des Betreibers als gr te Schwachstelle musste aus dem Datenmanagementsystem eliminiert werden Entsprechend der Vorgabe des Auftragge bers sollte der Zugang zur Messstation f r den PC des Stationsbetreuers jedoch f r Kontroll zwecke weiterhin ohne zus tzliche Eingriffe in die Daten bertragung zwischen Messstation 106 Mittel und Verfahren f r die Entwicklung des offenen Datenmanagementsystems und Zentraldatenbank m glich sein Zu diesem Zweck muss ein spezieller Adapter eine
117. d der nachgeordneten Stellen eine fortschreitende Einstellung der Unterst tzung der Gro rechner Anwendungen zugunsten von Intranet und PC L sungen statt In Zukunft soll die Btx Schnittstelle f r BALIS durch das BayStMELF vollst ndig eingestellt werden Der Bedarf an einer vergleichbaren Schnittstelle besteht jedoch auf der Seite der Nutzer um die angebotenen Daten direkt in Anwenderprogrammen verwenden zu k nnen Auch die zentrale Bereitstellung von Informationen die aus den Witterungsdaten abgeleitet werden k nnte durch einen Internet basierenden Online Zugriff auf die Datenbank wesentlich vereinfacht werden Als Beispiel sei auf Institutionen verwiesen die Pflanzenschutz Empfehlungen auf eigenen WWW Servern bereitstellen k nnen w hrend diese Anwendungen die ben tigten Witterungsdaten wiederum vom Datenbankserver ber das Internet beziehen k nnten ohne dass der Endanwender den Datentransfer veranlassen und organisieren m sste Mit der Schaffung des Beh rdennetzes ist in Zukunft auch f r den internen Bereich Intranet eine einheitliche auf Internet Technologien basierende Datenbereitstellungsl sung m glich 3 1 2 3 Offenheit des Informationstechnischen Systems Begr ndet durch den Stand der Technik zum Beginn der Installation des Messnetzes und die hohen Anschaffungskosten von informationstechnischen Ger ten wurde die Realisierung des Datenmanagementsystems durch die beim Betreiber vorhandene Rechentechnik gepr gt IBM Gro
118. dazu genutzt wird pro Jahr einen neuen Datensatz zu erzeugen Damit wird das Auffinden der Daten weiter beschleunigt und das 142 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems Auslagern alter Daten auf langsamere Massenspeicher vereinfacht Ab einem gewissen Alter 10 Jahre werden die Segmente auf externe Speichermedien ausgelagert Damit verl ngert sich zwar die Zugriffszeit auf diese Messdaten f r den Anwender bleibt der Zugriff aber v llig transparent Zus tzlich zu den Tabellen wurde eine Reihe von Sichten implementiert die den Zugriff f r Programme optimieren und bestimmte Daten formatieren Mit ihrer Hilfe k nnen komplexe Abfragen vereinfacht und sicherer gestaltet werden 5 3 2 Datenabruf Die Aufgabe des Abrufsystems ist die zeit und ereignisgesteuerte fehlertolerante und vollautomatische Abfrage aller verf gbaren Messdaten von den Datenloggern der Stationen und deren Ablage in der Datenbank Die Organisation des Messnetzes entspricht einem Stern in dessen Zentrum sich das Datenabrufsystem befindet und an den Au enknoten die Datenlogger Das Datenabrufsystem als Zentrum des Stern Netzes wird im diesem Abschnitt im folgenden vereinfacht als Zentrale bezeichnet Da auf Grund der gro en r umlichen Entfernung die direkte Verbindung zwischen Zentrale und Knoten nicht m glich ist werden ffentliche Kommunikationsnetze als bertragungsmedium verwendet Die Nutzung von Standleitungen scheidet aus
119. der Webserver und Webbrowser die sich auf HTTP CSS XML und Java Erweiterungen st tzen 7 1 2 Allgemeines Informationsmodell F r dezentrale Messwerterfassungssysteme kann aus dem vorgestellten Ansatz ein allgemei nes abstraktes Modell aufgestellt werden Dabei wird eine grobe organisatorische Aufteilung in dezentrale Messwerterfassungssysteme bertragungseinrichtungen zur Konzentration der Folgerungen und Ausblick 181 Messdaten zentrale Datenspeicherung und dezentrale Datennutzung vorgenommen Abbildung 7 1 Messwert f f f N J Messstation Messstation Messstation Messstation Erfassung KS DB N e PN Be DF Sat ER e SC 3 ge E SS A Abruf Abruf bertragung N 4 system system Backboonei lntranet Speicherung Datenbank N S SE E Internet Intranet Ca i N lt b T E g 5 IR Da E e Anwendung Anwendung Anwendung Anwendung N A N Es I N Es N_ Br SH e N A a A Abbildung 7 1 Organisationsmodell f r Messnetze links allgemein rechts Beispiel mit verschieden skalierten Komponenten Die dem Modell zugrunde liegenden Daten k nnen in Steuerdaten Messdaten und beschrei bende Daten aufgegliedert werden Abbildung 7 2 Die Steuerdaten sind Grundlage f r Beeinflussung und Kontrolle der Datenabruf und Datenbereitstellungsfunktionen Die Beschreibungsdaten charakterisieren die Messwerterfassungssysteme und de
120. des Transports Kopplung der Transportnetze und Weitervermittlung von Daten Ebene 4 Transportschicht Netz unabh ngige Herstellung einer virtuellen Verbindung zwischen den Datenendger ten ber ihre Zieladressen Stand der Technik 45 Ebene 5 Kommunikationssteuerung oder Sitzungsschicht Aufbau und Steuerung von Sitzungen zusammenh ngende Aktion zum Informationsaustausch z B Datei bertragung mit Zugangskontrolle Ebene 6 Darstellungsschicht Umsetzung der Anwenderdaten wie Manipulation Ver schl sselung Kompression Codewandlungen Ebene 7 Verarbeitungs oder Anwendungsschicht Anwender programm Schnittstelle zum Kommunikationssystem Ebene Bezeichnung Protokoll 7 Anwendung 6 Darstellung 5 Sitzung 4 Transport 3 Netzwerk 2 Leitung 1 Physikalisch Ger t 1 Ger t 2 Abbildung 2 5 Logischer und tats chlicher Kommunikationsfluss im OSI Schichtenmodell nach 111 In Tabelle 2 2 werden verschiedene verbreitete Netzwerkprotokolle der Abstraktion durch das OSI Schichtenmodell zugeordnet Dabei wird deutlich dass das weit verbreitete TCP IP Transmission Control Protocol Internet Protocol diesem System entspricht aber die beiden dort aufgef hrten herstellerspezifischen Protokolle nicht vollst ndig durch dieses Modell zu abstrahieren sind oder mit anderen Worten dem Standard nicht vollst ndig entsprechen Dem TCP IP auch kurz nur als Internet Protokoll bezeichnet kommt heut
121. die Verk rzung der durchschnittlichen Daten bankladezeit sowie eine geringere Varianz die auf eine h here Stabilit t der Datenbankan bindung schlie en l sst deutlich erkennbar 166 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems Tabelle 5 7 Auswertung der Datenbankladezeiten im Produktionsbetrieb wegen ver nderter Umgebungsbedingungen Aufteilung des Jahres 1999 Datenbankladezeit in s Mittelwert 26 0 26 2 28 9 24 1 20 9 5 6 Standardabweichung 28 1 16 7 15 4 14 0 13 5 3 0 Steigung 0 0329 0 0349 0 0156 0 0090 10 0148 0 0004 O CH o Wu gt Als zusammenfassend beurteilendes Kriterium des Datenabrufsystems wurde noch die Quantit t des nutzbaren Datenbestandes ermittelt In Abbildung 5 31 ist der Anteil der gepr ften und zusammengefassten Messdatens tze in der Datenbank als Mittelwert ber alle Stationen in den einzelnen Betriebsjahren dargestellt Bezugswert ist die theoretisch m gli che Anzahl von Datens tzen also f r die Tagesdatens tze die Anzahl der Tage bzw Stun den an denen die Stationen betrieben wurden Die Inbetriebnahme des neuen Datenabruf systems war Ende 1994 abgeschlossen was im Diagramm an dem h heren Anteil gelieferter Daten erkennbar ist Da auch alle in der kritischen Phase nur vor Ort erfassten und sp ter manuell eingespielten Daten gez hlt wurden gibt die Darstellung keine quantitative Aus kunft ber die Verbesserung des Anteils online gel
122. direkt ber eine mindestens f r die bertragungsdauer feste Verbindung aufgebaut werden Leitungsvermittlung Jedoch k nnen die Daten auch in einzelne Pakete zerlegt mit Informationen ber den Bestimmungsort versehen St ck f r St ck ber evtl unterschiedliche Wege zum Zielsystem gesendet werden Paketvermittlung Zur Modellierung des Kommunikationsflusses und Festlegung definierter Schnittstellen wurde ein Basis Referenzmodell f r die Kommunikation offener Systeme entwickelt das als OSI Schichtenmodell Open Systems Interconnection 67 bekannt ist Abbildung 2 5 In jeder Schicht Ebene werden bestimmte Aufgaben verrichtet Der Datenfluss findet von der obersten Ebene schrittweise ber alle weiteren Ebenen bis zur 1 Ebene des Quellsystems dann ber das physikalische Netzwerk Medium zur 1 Ebene des Zielsystems und dort wieder zur obersten Ebene statt Logisch findet jedoch die Kommunikation zwischen den jeweils gleichrangigen Ebenen der beiden Systeme statt Im einzelnen definieren die Schichten folgende Protokolle Ebene 1 Physikalische oder Bit bertragungsschicht transparente also interpretations und modifikationsfreie bertragung der Bitsequenzen ber verschiedene Medien und bertragungsarten Ebene 2 Sicherungs oder Leitungsschicht Verpackung der Daten in Bl cke Gew hr leistung einer fehlerfreien Verbindung Ebene 3 Vermittlungs oder Netzwerkschicht Auswahl des Transportweges und Steue rung
123. duling Peanut Irrigation Using Oklahoma Mesonet In Evapotranspiration and Irrigation Scheduling Proceedings of the International Conference November 3 6 1996 San Antonio Texas American Society of Agricultural Engineers 1996 S 1165 Kleinert T DWD Projekt Me netz 2000 http www dwd de general projects mn2000 mn2000 html Kleist J CoAgMet Collorado http ulysses atmos colostate edu coag Klute R Das World Wide Web Bonn Addison Wesley 1996 415 S K bsell H Anforderungen an Datenkollektive zur Absch tzung der Einsatzm glichkeiten von Arbeitsverfahren in der Pflanzenproduktion In Landwirtschaftliches Jahrbuch 1990 Nr 67 S 165 169 Kozai T Aritifical intelligence in agriculture 1998 Oxford Pergamon 1998 205 S Kr ckeberg F und O Spaniol Lexikon Informatik und Kommunikationstechnik D sseldorf VDI Verlag 1990 961 S Labs L Byteschieber Filenetze in Deutschland In c t Magazin f r Computertechnik 1995 Nr 11 S 298 Lambrecht FMA186 Datentransfer ab Firmware 3 0 G ttingen Wilh Lambrecht GmbH 1993 29 S Wilhelm Lambrecht GmbH und CLG Computerdienst GmbH FMA PC Programm zur Steuerung von automatischen Fernmessanlagen und zur Auswertung von meteorologischen Daten Pfarrkirchen Ndb CLG Computerdienst f r Landwirtschaft und Gewerbe 1988 64 S Landtechnik Weihenstephan Beschreibung des Programmsystems wdb Freising Internes Arbeitsmaterial Landtechnik Weihenstephan
124. dung C 2 Sensitive Karte zur Stotnonsauswahl 214 Abbildung C 3 Wochen bersicht als vorgefertigte Datenauswahl nach Mausklick auf eine Seu 215 Abbildung C 4 Men zur freien Auswahl von Datenbereich zeitlicher Aufl sung Sensoren nt e EE 216 Abbildung C 5 Informationen zur Wetterstation mit Auswahlmen zur Daten oder Informationsabfrage von benachbarten Messstationen s sessessssessesessssseesesseseesessese 217 Abbildung C 6 Auswahlmen zur Administration der Benutzerschnittstelle 218 Abbildung C 7 Benutzerschnittstelle zum Einmessen der sensitiven Karten 219 Abbildung D 1 Zuverl ssigkeit der Daten bertragung im Jahr 1995 ueen 221 Abbildung D 2 Zuverl ssigkeit der Daten bertragung im Jahr 1996 222 Abbildung D 3 Zuverl ssigkeit der Daten bertragung im Jahr 1901 222 Abbildung D 4 Zuverl ssigkeit der Daten bertragung im Jahr 1998 nen 223 Abbildung D 5 Zuverl ssigkeit der Daten bertragung im Jahr 1O00 223 Abbildung D 6 Dauer der Datenbankeintr ge Mittelwerte ber alle Stationen 224 Abbildung D 7 Dauer der Datenbankeintr ge Mittelwerte ber das Jahr 1997 224 Abbildung D 8 Dauer der DF Zusammenfassung f r alle Stationen s ssss ss11ss115011101 225 Tabellenverzeichnis 15 Tabellenverzeichnis Tabelle 1 1 berblick ber gebr uchliche computergest tzte Prognoseverfahren und Ents
125. dungshilfen zur Optimierung von Pflanzenschutz und D ngema nahmen anbietet Abbildung 1 1 Landwirte Wetterstationen Schlagkarteien Pflanze A Bodenuntersuchung Boden Tiefenbohrprogramm Klima a CHTER Pe SI NS x AU PFLANZENSCHUTZ N DUNGUNG A L Mi Prognosemodelle Simulationsmodelle N Modell Haifa m Epipre Modell Hanus Schoop Septprog Modell Gowdin Ritchie Z z Hordeprog Phytprog D ngeberatungssystem Maschineneinsatz K Bodenbefahrbarkeit Cercosporella Wassereinzugsgebiete Prognose andere Fl chen A N gezielter Pflanzenschutz N lt gezielter Stickstoffeinsatz weniger R ckst nde SC Pe weniger Nitratbelastung weniger Aufwand eg Set weniger Aufwand gesunde Nahrungsmittel bessere Ausnutzung Schonung der Flora und Fauna Abbildung 1 1 bersicht ber das Programm umweltgerechter Pflanzenbau nach 103 Ziel des Einsatzes solcher Beratungssysteme ist einerseits die reduzierte Anwendung von Pflanzenschutzmitteln so dass durch weniger R ckst nde ges ndere Nahrungsmittel erzeugt werden k nnen und Flora und Fauna geschont behandelt werden andererseits die Verringe rung der Nitratbelastung die insbesondere dem Gew sserschutz dient Der optimierte 22 Einleitun Pflanzenschutz und D ngemitteleinsatz bewirkt eine bessere Ausnutzung durch geringeren Aufwand an Einsatzstoffen und so neben dem kologischen auch einen konomischen Gewinn Die klassis
126. durchsetzen kann ist neben seiner G te und Treffsicherheit auch seine Transparenz und Bedienbarkeit sowie die Verf gbarkeit auf verschiedenen verbreiteten Computersystemen ein wichtiger Faktor Daher muss auch an der Vereinheitlichung der Bedienoberfl chen der Schaffung einheitlicher Datenformate und an universellen Schnittstellen zu spezifischen Datens tzen unterschiedlicher Messnetzbetrei ber f r DSS decision support systems Entscheidungshilfesysteme als Voraussetzung zur breiten Nutzung von bew hrten Prognoseprogrammen gearbeitet werden 97 Stand der Technik 27 2 Stand der Technik Vor der Darstellung der Methoden zur Verbesserung der Erfassung und Bereitstellung agrarmeteorologischer Messdaten am Beispiel des Bayerischen Messnetzes soll an dieser Stelle eine Definition der im weiteren verwendeten Begriffe die Darstellung des mess und ger te sowie informationstechnischen Standes der Technik und eine Abgrenzung der Thematik f r die weiteren Untersuchungen stattfinden Dabei wird gleichzeitig eine Einord nung Wertung und Diskussion der geeigneten informationstechnischen Hilfsmittel stattfin den Aus dem Gebiet der Systementwicklung 113 4 wird ein methodischer Ansatz f r die Bereitstellung eines Datenmodells gesucht welcher zur praktischen Umsetzung sowohl der Datenerfassung und speicherung als auch der Datenbereitstellung eine geeignete Hilfe darstellt Im Mittelpunkt wird dabei die Gew hrleistung der Offenheit 1
127. e gt ist enthalten in p ist implizit enthalten in Abbildung 4 8 Einsatz der Basiskonzepte in Strukturierter Analyse SA und Real Time Analysis RT nach BALZERT 4 4 1 3 Programmiersprachen und Systeme Die Implementierung der Applikation erfolgte durch die Umsetzung der Daten Steuerungs und Funktions Modelle in Programmcode Aus dem Grundlagenwissen und der Zielstellung ergab sich der Rahmen f r die Auswahl der Programmiersprachen Die Kriterien eines offenen Systems mussten unbedingt mit den gew hlten Programmiersprachen einzuhalten sein Es gibt keine Programmiersprache die optimal allen Einsatzbereichen gerecht wird F r jeden der relevanten Bereiche in einem Datenmanagementsystem zur Messdatenerfassung und bereitstellung e Benutzerschnittstelle e Datenbankschnittstelle e Ger teschnittstelle und e Steuerung gibt es optimale und weniger geeignete Programmiersprachen Das Vorhandensein von Schnittstellen zwischen Programmiersprachen und deren Anwendbarkeit in einem offenen Mittel und Verfahren f r die Entwicklung des offenen Datenmanagementsystems 103 System erlauben die Nutzung mehrerer Programmiersprachen in einem Projekt F r die Benutzerschnittstelle wurde die weite Verbreitung von Internet Browsern Netscape Navigator und Communicator Microsoft Internet Explorer und die Dialogf higkeit der Beschreibungssprache f r die durch sie dargestellten Hypertext Elemente ausgenutzt Sie erlauben die
128. e ber den Zeitpunkt zu dem die Datenab frage stattgefunden hat Da sowohl der Datenlogger als auch der Controller zur Minimierung von Datenverlusten einen Zwischenspeicher f r mehrere Tage besitzt kann die Lieferung der Daten noch bis zu 5 Tagen nach ihrer Erfassung erfolgt sein Um diesen Effekt genauer zu untersuchen wurde ab 1996 auch noch f r jeden Tag die Anzahl der abgerufenen Datens tze pro Station aufgezeichnet Diese Anzahl ist ein Ma f r die Termingerechtheit der Datenlie ferung und stellt ein weiteres Kriterium zur Beurteilung der Qualit t des Datenabrufsystems der Datenlieferung dar Als Bewertungskriterium wurde wiederum zum einen die Vollst n digkeit und zum anderen das Stattfinden der Datenfern bertragung untersucht F r die Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 163 Vollst ndigkeit bedeutet ein Wert von 100 dass von allen zum Untersuchungszeitpunkt zum Messnetz geh renden Stationen f r den Vortag 142 bis 146 Datens tze abgerufen werden konnten Das Toleranzband von 144 2 Datens tzen wurde wegen der m glichen Gangunterschiede der Echtzeituhren von Datenlogger Stationscontroller und Server gew hlt die erst bei einer Gr e von mehreren Minuten automatisch auf die Zeitbasis der Datenbank synchronisiert werden Das Ergebnis ist in Abbildung 5 30 auf der linken Seite dargestellt Auf der rechten Seite von Abbildung 5 30 ist der Anteil aller zum gew nschten Termin ausgef hrten Datenfer
129. e Grundelemente dieser Technologie beschreiben Regeln zur e Planung e Definition e Entwurf e Implementierung e Abnahme und Einf hrung sowie e Wartung und Pflege Die dargestellte Reihenfolge Phasen entspricht dem logischen Ablauf eines Software Entwicklungs Zyklus Live Cycle Jedoch bestehen Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Phasen die verschiedene Methoden zur Realisierung von Software Projekten hervorgebracht haben Diese Vorgehensmodelle beschreiben die Art und Weise wie ein Projekt realisiert werden soll Unabh ngig davon gibt es eine Reihe von Konzepten und Hilfsmitteln zur Definition und Implementierung eine Softwareentwicklung Ziel der Modellierung ist die Abstraktion und die Festlegung was realisiert werden soll Die Umset zung kann von der direkten Codierung einer Aufgabe durch den Programmierer bis zur Nutzung grafisch orientierter Systeme reichen die eine Reihe der Aufgaben von der Prob lembeschreibung bis zur Organisation von Wartung und Pflege vereinfachen und auch f r gro e Entwickler Teams geeignet sind CASE Tools Werkzeuge zur Computergest tzten Stand der Technik 37 Software Technik Computer Aided Software Engineering 2 1 1 2 Hardware und Betriebssystem Als Hardware im Zusammenhang mit Informationssystemen wird die Gesamtheit der fest verdrahteten technischen Komponenten eines Rechensystemes verstanden DIN 44330 Ihre Hauptbestandteile sind die Zentraleinheit Central Processi
130. e Kontinuit t in der Entwicklung gew nscht und gefordert ist also von der Betreuung des DV Projektes w hrend des gesamten Lebenszyklus ausgegangen werden kann wurde f r die Planung der Systementwicklung das prototypingorientierte Life Cycle Modell Abbildung 4 1 ausgew hlt Problemanalyse Ist Zustands Beschreibung Projektauftrag Grobplan und Grobplanung de System spezifikation Systemspezifikation Projektplan Systemprototyp User Interface N Prorotyping d Entwurf Systemarchitektur Komponenten struktur Architektur und SC Fei Architektur und Komponenten Komponententypen Prototyping d Sg EE HEES Systemimplementierung Systemtest Zw ertiges Produkt A Betrieb und Wartung Projektfortschritt Abbildung 4 1 Prototypingorientierter Software Life Cycle nach 106 94 Mittel und Verfahren f r die Entwicklung des offenen Datenmanagementsystems Das bedeutet schon relativ fr h mit der Implementierung der ersten Prototypen mit einge schr nktem Funktionsumfang zu beginnen und anhand des Zielsystems m gliche Fehler aufzudecken Damit verbunden ist eine inkrementelle Implementierung die quasi eine Verschmelzung von Entwurfs und Implementierungsphase erlaubt wobei nicht eine Implementierung losgel st vom Fach und DV Konzept gemeint ist Vielmehr kann die detaillierte Planung nach jedem architekturrelevanten Entwurfsschritt durch parallele Testimplementierungen anhand d
131. e als auf fast allen g ngigen Plattformen verbreitetem Protokoll eine besondere Rolle zu Erstens verbindet es in LANs verschiedene Rechnerwelten zweitens verbindet es unz hlige LANs zum Internet Stand der Technik 46 Tabelle 2 2 Einordnung verschiedener Netzwerk Welten in das OSI Modell zusammenge fasst nach BUES 11 elapue pun JouJeyJg alopue pun u1 4 3 Bury ueyoL g z AINWNSO 3q JaUIE u1 43 AO YNSO U osAudl UeWwe eueyy Sage jsssesay e d ynyy su Jeu Bun esan Ng jes sAyd L SIAN uoyesywads GEVeANeI SZ X SEU J ALA IomyoN Aey sweig4 SNY Bulm omyougns 970 104U09 OU ISO Bunsys s MUTLEISO Z dI 1090014 9U19 U Bunwa N yomen Xdl SOIJIN dl dOL NddY VNS souewags podsuesy UOWWOO dan 1090014 UUSIDEIEC SN BuUIYJJOMJ N 000 01d NWN 4IL 1090J014 0 44U09 Yodsue4 L podsueJ wodsua v d jusaw beuey Ylomyon alduw s 090 0 d GUIDE JENA Joie INAJN d l4 1090J044 1 SULIL allg Bunanajg Jasn p pu 2 x3 SOITISN S 91M4 S Payngus q d LNS 1090J014 J8jsueA pew a dw s suoneyiunwwoy uo ssssS G uonesiiddy piepueIs ON Buinand a essayy Od UE e npsac q SOU 9 149 uonesienuoy SAN wEIS S all YYOmJoN Iesel y20 g abessayy JenIaS yoo g a essayy Jona saa n ag uoNesiddy Jopuaar nyy SA4 2019S al OU Bunjle sieq uoyejusseid 9 Jopan pay suonesiddy suonesiuddyy samNn BunnogqueisN voyes
132. e mit Hilfe transportabler Datentr ger wie Chipkar ten SRAM PC Card oder Disketten erfolgen sofern der Datenlogger ber ein entspre chendes Ein Ausgabeger t bzw eine Schnittstelle zu einem solchen Ger t verf gt Die zweite M glichkeit zur Daten bergabe ist eine direkte Online Verbindung zur Datenfern bertragung zu einem Computer F r eine kontinuierliche Datennutzung wird normalerweise eine dauerhafte Online Verbindung zur Messstation f r die Daten bertragung geschaffen Viele Datenlogger benutzen daf r die genormte serielle Schnittstelle des PC V 24 bzw RS232C 25 122 Als physikalisches Medium k nnen sowohl einfache Kupferleitungen Glasfaserleitungen oder Telemetrie Verbindungen kostenloser Datenfunk auf Frequenzen von 433 MHz und 866 MHz http www dafu de genutzt werden Bei Kupferleitungen kann optional zur Verbesserung der St rsicherheit eine der RS232C hnliche jedoch auf elektromagnetische St rsignale unempfindlichere Schnittstellennorm verwendet werden RS422 RS485 Ein einheitliches logisches Protokoll f r die Datenschnittstelle existiert trotz verschiedener Bem hungen nicht 38 80 95 149 Ebenso ist die interne Struktur der aufgezeichneten Daten sehr unterschiedlich Alle Datenlogger Hersteller bieten daher Programmschnittstellen mit allgemein lesbaren Daten an Die von allen g ngigen Datenver waltungsprogrammen also sowohl Datenbanken als auch Tabellenkalkulationen lesbare Form sind Text Tabellen mi
133. ed SQL Auch diese Programme stellen Client Systeme dar die auf dem Datenbankserver Datenabfragen durchf hren Daten eintragen oder aktualisieren 5 3 5 Bereitstellungssystem Auf Grund des Fach und DV Konzepts sind Inhalt und Technologie f r die Implementie Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 151 rung der Datenbereitstellung als Webserverapplikation festgelegt Ein weiteres Kriterium bei der Implementierung der Benutzerschnittstelle war das enorm schnelle Entwicklungstempo im Bereich Internet Technologie das laufend nderungen in verschiedenen Bereichen vorzeichnet Daher muss die Implementierung konsequent modular erfolgen und die einzel nen Module austauschbar sein Das erfordert wiederum die Schaffung eindeutiger m glichst offener Schnittstellen zwischen den Modulen Daher wurde die Realisierung in Client Server Architektur verwirklicht Das Prinzip der Implementierung zeigt Abbildung 5 24 Die Bestandteile des Systems sind e Zentraler Datenbankserver Standardsoftware e Anwendungsserver als verl ngerte Datenbankschnittstelle e Webserver Standardsoftware mit speziellem CGI Programm e Web Browser Standardsoftware Firewall Internet Intranet Firewall Witterungs um G ie amp Anfrage Web Server S Web Browser CGl Script R Client Mr meteo C Programm Html DBC Applikations Protokoll Antwort Server Java JDBC Application meteo Prot
134. ee Hagel oder Eisregen wird die Niederschlagsh he erst nach dem Aufschmelzen des Eises erfasst Dabei ist im Zusammenhang mit dem Luftdruck die Verdunstung zu beachten Tripelpunkt des Wassers Die Zeit bis zum Schmelzen wiederum h ngt davon ab ob und wenn ja in welcher Art der Niederschlagsmes ser beheizt wird Die relative Luftfeuchte wird als Ma f r den Wasserdampfgehalt der Luft erfasst der den Wasserverbrauch von Pflanzen auf Grund der Wasseraufnahmef higkeit der Luft bestimmt und die Ausbreitung und Ansiedlung von Pilzsporen und Pollen Befruchtungserfolg bei Windbest ubung beeinflusst Die Luftfeuchtigkeit wird ber dem Bestand in 2 m H he gemessen Im gleichen Zusammenhang ist der Benetzungszustand der Pflanzenteile zu erfassen Verschiedene aufwendige Messsysteme sind direkt mit der Oberfl che von Pflan zenteilen Spross Blatt verbunden andere simulieren Blattoberfl chen 54 Die Blattn sse wird standardm ig in einer H he von 1 m gemessen Der Wind hat gro en Einfluss auf das Ma der Verdunstung als entscheidende Gr e des Stofftransportes der Pflanze Wasser auf die Verdunstungsabk hlung und auf die Abtrock nung von B den oder Pflanzenoberfl chen Einen weiteren Einfluss besitzt er auf die Ausbildung des Bestandesklimas sowie die Ausbreitung von Schaderregern Pilzsporen Pollen und auch Spritzmitteln Pflanzenschutz Auch f r die Messung der Windes der eine Stand der Technik 55 vektorielle Gr
135. eiber zur Administration der Benutzerschnittstelle C 1 Datenabfrage durch Anwender Diese Web Seiten sind ffentlich zug nglich unter dem URL http www stmif bayern de lbp agm agm_start html oder ber die Startseite http www stmif bayern de und den Navigationspfad Landwirtschaft Pflanzenbau Wetterdatenbank X BayStMLF Landwirtschaft Netscape Bisi E Eile Edit View Go Communicator Help Agrarmeteorologisches Me netz Bayern II see Wetterdatenabruf Bodenkultur und LBPE Pnanzenbau StMELF Landwirtschaft Pflanzenbau Landwirtschaft Hier k nnen Sie die Me werte und weitere Informationen von 116 Bayerischen Agrarmeteorologischen as Me stationen abrufen Ern hrung e W hlen Sie entweder durch Klicken auf die Bayernkarte oder die Liste eine Region und Hauswirtschaft klicken Sie auf der dann folgenden Stationskarte einen Standort 4 Kalisj Oberfranken ed Mittelfranken Dorf amp Flur Oberpfalz Gartenbau Schwaben _ Markt amp Absatz Niederbayern Oberbayern oder w hlen Sie eine Station aus der nachfolgenden Liste Stationsliste R Das Agrarmeteorologische Me netz Bayern Im Rahmen des Umweltgerechten Pflanzenbaus wurden auf Veranlassung des Bayerischen Staatsministeriums f r Ern hrung Landwirtschaft und Forsten in den Jahren 1989 bis 1991 insgesamt 116 agrarmeteorologische Me stationen in den pflanzenbaulich relevanten Naturr umen und Anbauschwerpunkten Bayerns installier
136. einbezogen werden wurde das prototypingorientierte Life Cycle Modell eingesetzt 106 Dieses Vorgehensmodell ist f r Projekte an denen wenige Entwickler an einer relativ komplexen Aufgabe arbeiten und auch die Betreuung des sp teren Produktionsbetriebes der Software realisieren besonders geeignet Die konsequente Doku mentation der Entwicklung sowie der Tests und berpr fungen in allen Phasen erleichtern die Sicherung der Qualit t erheblich 4 1 2 Analyse Definition und Entwurf Eine wichtige Rolle bei dem effektiven Softwareentwurf spielte die analytische Vorbereitung der Implementierung Alle Anforderungen an das System wurden genau spezifiziert und daraus die Aufgaben des Systems abgeleitet Komplexe Zusammenh nge wurden erfasst beschrieben und in berschaubare Teilprobleme zerlegt bevor sie in Programmcode umge setzt wurden Ziel war die Schaffung einer Modularit t und die Abstraktion der Probleme Die geeignete Grobstruktur f r das Datenmodell lieferten das ANSVSPARC 3 Ebenen 96 Mittel und Verfahren f r die Entwicklung des offenen Datenmanagementsystems Modell und f r die Beschreibung der Vorg nge und Abl ufe das ARIS Modell Der Schwer punkt lag in der Umsetzung der konzeptionellen Ebene sowie in der Modellierung der Organisations Daten Steuer und Funktionssicht 4 1 2 1 Standardisierte Beschreibungs und Entwicklungshilfen Eine Grundvoraussetzung f r die Schaffung eines offenen Systems ist die Nachvollzieh
137. eitfaden M nchen Wien Carl Hanser 1993 488 S Rauch W Open Systems Engineering New York Wiley 1996 400 S Reiner L J Bergermeier K Brenner S R ssler et al Integrierte Pflanzenproduktion durch EDV Planungs und Prognosemethoden In Beitr ge zur Hochschultagung 1987 Freising Technische Universit t M nchen 1987 S 43 48 Rompel H IBM Computerwelt Guide Vaterstetten bei M nchen IWT Verlag GmbH 1992 336 S Rottler W Aufbau eines integrierten Informations Kommunikations und Datenbanksystems zur Unterst tzung verteilter Forschungseinrichtungen Dissertation TU M nchen Fakult t Landwirtschaft und Gartenbau 1995 203 S Schaaf T Integration von Modellans tzen zur Bodenbearbeitung und D ngung in den Baukasten f r Stickstoffmodelle EXPERT N Dissertation Technische Universit t M nchen 1997 Scheer A W Architektur integrierter Informationssysteme Berlin u a Springer 1992 210 S Scheid C Novell NetWare Btrieve Bonn M nchen Addison Wesley 1992 164 S Scheller M K P Boden A Geenen und J Kampermann Internet Werkzeuge und Dienste Berlin Heidelberg Springer 1994 368 S Schenk G CCITT Empfehlungen der V Serie und der X Serie Heidelberg Hamburg R v Deckers Verlag 1982 328 S Schlichtegroll R Realisierung eines kosteng nstigen Ger tes zur Erfassung von meteorologischen Messwerten in landwirtschaftlichen Kulturen Diplomarbeit Institut f r Landmas
138. en Aus nahmen so dass die Anzahl der Sensoren Attribute variabel gehalten werden muss Die Normalisierung der Messdaten ist so zu gestalten dass eine Standard Messdaten Entit t und eine variable Entit t f r Sondersensor Messdaten existiert Im Datenlogger selbst ist die Reihenfolge der abzufragenden Messwerte variabel einstellbar oder abh ngig von der Verdrahtung der Messstation Die Zuordnung Mapping Sensor Sensorposition Datensatz wird abh ngig von Datenloggertyp und Hersteller durch die Software des Datenloggers auf dem PC oder durch Konfigurationsinformationen im Datenlogger bestimmt Damit immer die richtige Zuordnung der Messwerte zu den Attributen in der Datenbank stattfindet ist dieser Zusammenhang zu erfassen und entsprechend Abbildung 5 17 zu modellieren Eine Entit t Sensorkonfigurationstabelle in der die einzelnen Positionen f r die exakte Zuord nung der Messdaten abgelegt sind dient der Beschreibung dieser dynamischen Zusammen h nge Sie muss bei jeder Ver nderung an der Messstation oder am Datenlogger aktualisiert 128 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems werden und ist unabh ngig von der verwendeten Hardware da nur die Definition der Tupel also des Inhalts der Tabellen von der Art der Erzeugung des Messdatensatzes abh ngig ist Messstation h Messdaten H N mm Zeitstempel
139. en alle Benutzerschnittstellen zu den Daten sowohl f r die Endkun den als auch f r den Messnetzbetreiber 114 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems Daten management Daten Daten Daten abruf aufbereitung bereitstellung Ablauf Daten Aufnahme Aktualisierung Anwender Benutzer steuerung selektion N anfragen schnittstelle Fehler Plausi Daten management bilisierung selektion Datenbank Physikalische Daten verbindung Grenzwerte formatierung Stations Datensatz Daten abfrage Korrelation bertragung Parameter Langj hriger ermittlung Vergleich Messdaten eege bertragung ggreg Typpr fung Datenbank Formatierung eintr ge Datenbank G ltige eintr ge Messdaten Berichte Abbildung 5 5 Funktionsbaum des Datenmanagementsystems Im Rahmen der Datenabruffunktionen m ssen zeit oder ereignisgesteuert die noch nicht in der Datenbank vorhandenen Messdaten von allen verf gbaren Stationen abgefragt und in der Datenbank abgelegt werden Eine Benutzerinteraktion soll nur zu Test oder Kontrollzwe cken stattfinden Die wichtigsten Funktionen sind die Ablaufsteuerung und
140. en werden vom Modemmodul als Objekte zusammengefasst und in diesen Speicher in ihrer urspr nglichen Reihenfolge verkettet eingetragen Diese Messda tenobjekte f r eine Messstation werden wiederum verkettet und bilden eine Art Datenwerte schlange Thread 3 als Datenbankmodul entnimmt die Messdatenobjekte aus der Datenwar teschlange f delt die einzelnen Datentupel von der Kette und tr gt sie in die Datenbank ein Diese Vorg nge spielen sich asynchron ab da die Datenfern bertragungszeiten und auch die Zeiten f r den Datenbankeintrag auf Grund eventueller Datenvolumenunterschiede und 146 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems bertragungsst rungen variieren k nnen Daher wurde eine Synchronisationsfunktion auf der Basis von Semaphoren implementiert die daf r sorgt dass die Daten und deren Ordnung durch parallele Schreibvorg nge nicht verf lscht werden k nnen Au erdem ist so eine beliebige Skalierbarkeit aller Datenlese und Schreibvorg nge gew hrleistet Thread 4 erlaubt zus tzlich zum Datenabruf den umgekehrten Weg am Vortag gepr fte Messdaten Sekund rdaten k nnen bei Bedarf zum Wetterstationscontroller des Stationsbetreuers bertragen werden der dann die M glichkeit besitzt mit diesen gesicherten Messdaten zu arbeiten Legende Tasks Thread 1 SQL Datenbank Prim rdaen Module Programmoberfl che CN Steu
141. er N e N Schnittstelle M gt D ET er A 8 lt Z gt EN y X A a Messdaten Datenreihe Daten Messdaten lesen j pr fen formatieren Rohdaten Ze KS DF Verbindungsstatus Se Si AN DF Verbindung f Aufgaben J Schnittstelle steuern festlegen NM x 7 N Anruf Br SH Br _ steuerdaten ZS 8 SC N as WS Initialisieren Funktions w status SS Ba abfrage _ Ka eg Se E ab Programm ebe Sl Lg steuerdaten s N Datenbank Datenbank steuerung verbinden V i TN J g N u a I 7 Fehler gt Fehler N Le Si auswertung protokolle Datenbank PA status En jede Datenabfrage und bearbeitung Abbildung 5 12 Flussdiagramm Datenabruf bersicht Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 123 Die Datenpr fung kann erst nach vollzogener Daten bertragung stattfinden Daher ist eine Synchronisation ber die Steuerdaten notwendig Abbildung 5 13 zeigt den Datenfluss der Messdatenpr fung und zusammenfassung Die Pr ffunktionen greifen auf die Rohdaten zur ck und bilden mit Hilfe von Sensordaten technische und physikalische Sensoreigen schaften sowie Lageinformationen neue Datens tze mit unterschiedlicher zeitlicher Zusam menfassung Steuer D ee p Status Warteschleife daten ermitteln J Na 94 ge Zeien Ze Daten bereit En u Fl e EE Roh gepr fte daten pr fen gt 10 en P
142. er Mitarbeiter oder Techniker generalisiert eine Entity Angestellter sein In der generalisierten Entity werden die gemein samen Attribute zusammengefasst in den speziellen Entities werden unterschiedliche Attribute spezifiziert Klassen von Entities also die Menge aller gleichen Entities werden als Entity Set oder Typ bezeichnet und in Gro buchstaben dargestellt Ce N Entit Entit Attribut y y A E en z EN II mehrw A Attribut SEEN Entity er _ Relation gt Ss ZE _ Schl ssel U Relation A Attribut T e E Ss Se eg N Aue Entity Entity Entity Abbildung 4 4 Entity Relationship Diagramm Beispiel zur Erl uterung der Elemente vlnr Entity mit verschiedenen Attributen 1 1 Beziehung Is A Beziehung F r die verfeinerte Darstellung der Zusammensetzung von Entities und Attributen werden Datenverzeichnisse auch als Data Dictionary DD bezeichnet eingesetzt Die hier ver wendete gebr uchliche Notation ist die BACKUS NAUR FORM In Tabelle 4 2 sind die Elemente zur Beschreibung aufgelistet Mittel und Verfahren f r die Entwicklung des offenen Datenmanagementsystems 99 Tabelle 4 2 Notation zur Beschreibung von Data Dictionary Eintr gen 4 Symbol Bedeutung Beispiel Ist quivalent zu A B C Sequenz impliziert keine Ordnung X X1 X2 X3 Auswahl entweder oder A BIC Wiede
143. er Verbin dungsmeldung vom Modem bis zum Absetzen des Kommandos zum Auflegen f r jede Station gemessen Zur Vereinfachung wurden bei der Auswertung nur die Messungen der bertragungen ber cksichtigt bei denen genau 144 Datens tze transportiert wurden Dabei konnte die Annahme dass die bertragungsdauer konstant sein muss und entsprechend der G te des bertragungskanals Telefonleitung mit einer starken Streuung behaftet sein kann best tigt werden Tabelle 5 6 Aus den Zeitreihen k nnen weiterhin detaillierte Ver nderun gen an den Betriebsparametern des Abrufsystems abgelesen werden Die deutlichen Abwei chungen der 1995 gemessenen Werte sind durch ver nderte Betriebsbedingungen gegen ber den folgenden Jahren zu erkl ren In diesem Jahr fand der Test der R ck bertragung der gepr ften Messdaten des Vortages von der zentralen Datenbank zum Stationscontroller statt es wurden also eigentlich 288 Datens tze bertragen Auch 1997 wurde eine signifikante nderung der bertragungsdauer durch ver nderte Betriebsparameter bewirkt da zus tzlich zu den 144 Datens tzen des Vortages die Abfrage des gerade aktuellen Datensatzes erfolgte siehe Anhang D 1 2 Von 1997 bis 1999 waren nahezu gleichbleibende Randbedingungen anzutreffen Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 165 Tabelle 5 6 Auswertung der Dauer der Datenfern bertragung im Produktionsbetrieb DF Dauer in s Mittelwert 5 29 9 32 6
144. er Windows basierten Benutzerschnittstelle an die nachrichtenorientiert arbeitet und an bekannte ergonomische Standards angelehnt werden kann 66 e Das Programmsteuermodul l st zeitgesteuert oder ereignisgesteuert Benutzerinteraktion ber Bedienschnittstelle oder die Programmsteuertabelle der Datenbank Datenabrufe bzw Abrufserien aus und berwacht die Bereitschaft der Verbindungen zu Datenbank und Messstationen e Das Ablaufsteuermodul steuert in Abh ngigkeit der Zust nde der Datenfern bertragung bisher erfolgter Datenabrufe und konkurrierender Module die bertragung der Messdaten von Einzelstationen zur Datenbank Als Informationsquelle und zur Synchronisation wird die Ablaufsteuertabelle verwendet e Das Modem Abfrage Modul realisiert die DF Verbindung f r eine Station und sorgt f r die geordnete Zwischenspeicherung der ber die Schnittstellenmodule bereitgestellten Messdaten Eine direkte Einspeisung der Daten in die Datenbank muss auf Grund der unterschiedlichen Reaktions und Antwortzeiten der angeschlossenen Module und der DF und zur Optimierung der bertragungszeiten vermieden werden e Das Schnittstellenmodul fragt die gew nschten Daten und evtl verf gbare Zusatzinfor 134 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems mationen vom Datenlogger der Messstation ab pr ft die Vollst ndigkeit und syntaktische Richtigkeit formatiert sie und stellt sie den weiteren Modulen bereit e D
145. er mit angeschlossenem Modem und ein Terminalprogramm das meist mit dem Modem erworben wird oder im Betriebssystem vorhanden ist Der Informationsaustausch erfolgt men gesteuert Mailboxen wurden vorwiegend zur schnellen Verbreitung von Systemsoftware von Herstellern zu ihren Kunden genutzt jedoch gibt es insbesondere in den USA auch andere Branchen die auf diesem Weg Informationen so auch Witterungsdaten 22 anbieten 79 Als gro e organisierte und technisch aufwendige Vernetzung von Mailboxen zur kommer ziellen Nutzung k nnen Online Dienste betrachtet werden Eines ihrer wichtigen Merkmale ist die Zugangskontrolle die nur registrierten Mitgliedern die dauerhafte Nutzung sichert Beispiele solcher Einrichtungen sind AOL America Online CompuServe MSN Microsoft Network und T Online ehemals Btx und Datex J Online Dienste bieten meist eine spezielle Zugangssoftware mit Bedienoberfl che sowie Serviceleistungen wie E Mail Versand und Empfang Diskussionsforen und kommerzielle Angebote wie Wirtschafts dienste Home Banking oder spezielle Datenbanken Sie verlieren jedoch an Bedeutung als eigenst ndige Informationsanbieter und bieten daher meist zus tzlich zu ihrem urspr ngli Stand der Technik 49 chen Informationsangebot einen Einstiegspunkt ins Internet Internet Provider 2 1 2 3 Internet Dienste Die u erst weite Verbreitung der Nutzung der TCP IP Protokollfamilie auf verschiedensten Rechensystemen und der Zusammens
146. er realen Systemarchitektur best tigt werden Es findet somit inkrementell ein konkretisierender explorativer Entwurf mit anschlie ender explorati ver Implementierung statt Zur Entscheidung an welchen Komponenten Ver nderungen vorgenommen werden m ssen war es notwendig das Gesamtsystem in seine Teilaspekte zu zerlegen und die Schwachstel len des Systems zu finden Die Schwachstellen an der informationstechnischen Basis sollen eliminiert und so weit m glich durch Standardl sungen oder durch wissenschaftlich entwi ckelte offene Systeml sungen ersetzt werden Die Systementwicklung umfasst daher die Schaffung von nicht als Standardkomponenten verf gbarer Anwendungssoftware und die Auswahl der Standard Hard und Software sowie die Schaffung eventuell notwendiger Hard und Software Adapter unter Ber cksichtigung der Vorgaben der Auftraggeber 4 1 Applikations Software F r den Erstellungsprozess der Software f r das Datenmanagementsystem wurden sowohl strukturierte als auch objektorientierte Methoden eingesetzt Nach der Festlegung der Strategie zur Verwirklichung des Projektes folgte die Analyse und Definition der Aufgaben und Anforderungen Schwerpunkt der Entwicklung war die Entwurfsphase in der festgelegt wurde was das Softwaresystem zu leisten hat Erst danach erfolgte die Implementierung durch die eigentliche Programmierung also der Erstellung von Programmzeilen Schon w hrend Entwurf und Implementierung wurden schritt
147. erfrei ausf hrbar sind Eine Quantifizierung kann aus den positiven Ergebnissen der Akzeptanz und Zuverl ssigkeitsuntersuchungen abgeleitet werden dazu kommt die hohe Systemstabilit t mit der das Managementsystem mehrere Tage ohne Administration die an den Messstationen abrufbaren Witterungsdaten automatisch abfragt pr ft und den Benutzern frei w hlbar bereitstellt Die Effizienz des Datenabfrage systems ist ein weniger bedeutendes Kriterium da weder Echtzeit Steuerungsaufgaben noch umfangreiche Datenvolumen zu bew ltigen sind Daher wurde als Effizienzkriterium die bertragungsdauer verwendet und bezogen auf minimale Kosten f r die DF bei geringen Hardware Anschaffungskosten berpr ft Die Softwareperformance wurde so optimiert dass die Performance der nicht zur Eigenentwicklung geh renden standardisierten Datenbank Schnittstelle und die Modem bertragungsgeschwindigkeit die Programmlaufzeit bestimmen und keine deutlichen Verz gerungen durch die Verarbeitungsschritte in der Software auftreten Die Effizienz der Datenbereitstellung h ngt entscheidend von der Performance des bereitstellenden Webservers und der bertragungsgeschwindigkeit im Internet ab Die Antwortzeiten der Anwender Datenabfragen wurden als Summen der Reaktionszeiten von Datenbank Applikationsserver Webserver CGI Programmen Netzwerk und Client direkt am Webbrowser manuell mit akzeptablen Ergebnissen berpr ft Das wichtigste Kriterium f r ein automatisches ser
148. ernsthafte Grenzen erreicht In den vorstehenden Kapiteln wurden die allgemeinen Rahmenbedingungen vgl Kap 2 1 2 3 und das direkte Umfeld des bestehenden Datenmanagementsystems eingehend beschrie ben vgl Kap 2 4 Im Folgenden werden nun die Problemschwerpunkte herausgearbeitet Das Datenmanagementsystem besteht grob gesehen aus den in Tabelle 3 1 aufgelisteten Komponenten Die als mangelhaft eingeordneten Komponenten verursachen Probleme und m ssen daher ausgetauscht werden Dabei soll unbedingt darauf geachtet werden dass ein offenes System entsteht Prinzipiell entstehen zwei neue Teilsysteme Datenerfassung und Datenbereitstellung die jeweils rtlich getrennt sind und ber Kommunikationsnetze mit dem Kernsystem also der Datenbank verbunden werden m ssen Problem und Zielstellung 87 Tabelle 3 1 Mangelhafte und stabile Komponenten des bestehenden Datenmanagementsys tems Teilsystem Mangelhafte Komponente stabile Komponente Datenerfassung Daten bertragungsstrecke Daten Datenlogger logger PC PC beim Stationsbetreuer DF Einrichtung beim Stationsbe ffentliches Kommunikationsnetz treuer Btx Decoder DF Einrichtung beim Betreiber Btx Externer Rechner Datenspeicherung Datenmodell f r anwachsenden Gro rechner Datenbank Datenbestand Datenbereitstellung DF Einrichtung beim Betreiber Btx ffentliches Kommunikationsnetz Externer Rechner DF Einrichtung beim Anwender
149. ertabellen gt Sekund rdaten VL Datentabellen gt Steuerung Thread 0 we Ablaufsteuerung EN Fehlerbehandlung E ONFAR Arbeitsspeicher Thread 2 er Se dynamisch Telefon Anruf EE FREE organisiert BZ Datentransfer CNVLR IR vom Controller CW1 Lee in den Arbeitsspeicher read 4 BEER gemeinsamer i al LIFO Speicherzeiger en VLH01 Speicher Synchronisation Daten Verkettete Listen Dateneintrag in die Datenbank gt _ Steuerung durch VI RO Tabelle CNVLR ALUROZ 3 a ee re zum CW1 _VLHO2 j Thread 3 Ya mn Abbildung 5 23 Struktur und Datenfluss des Datenabrufprogramms wdb3 Mit Hilfe der Abrufsteuertabelle k nnen beliebig viele Datenabrufe pro Tag zu genau definierten Zeiten mit genau definierten Aufgaben in Auftrag gegeben werden Die Aufga ben die zus tzlich zum eigentlichen Messdatenabruf stattfinden k nnen sind e Synchronisation der Zeitbasis von Datenlogger Controller CW1 und Abfragesystem e Abfrage oder nderung der Sensorkonfigurationsinformation im Controller CW1 e nderung der Datensynchronisationszeit des Controllers CW1 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 147 Ein Anruf der Messstation wird als Transaktion zusammengefasst Die Abrufsteuertabelle dient hier als gemeinsame Schnittstelle und erm glicht das kontrollierte Aufsetzen aller an Datenabruf und pr fung beteiligten Programme sowohl im Normalbetr
150. essert werden 144 152 H ufig sind die meteorologischen Messwerte f r die Entwicklung und Validierung der Modelle notwendig und in der eigentlichen Beratungssoftware finden auf ihnen basierende Modellierungen statt ebenso existieren aber auch Beratungssysteme die haupts chlich auf 24 Einleitun agrarmeteorologischen Daten beruhen 40 Ein weiterer gro er Nutzungsbereich von Witterungsdaten in der Landwirtschaft ist die Steuerung der Wasserzuf hrung zu den Nutzpflanzen auf Grund der Modellierung des Wasserhaushaltes des Systems Pflanze Boden Umgebung Wegen der gro en klimatisch relativ homogenen landwirtschaftlichen Nutzfl chen wurde in den USA eine Vielzahl an Beregnungsmodellen 12 entwickelt und eingesetzt Auch in Deutschland werden auf agrarmeteorologischen Messungen beruhende Beregnungsinformationen angewendet 10 Sie werden insbesondere im Gem se Wein und Obstbau genutzt ihre geringere Verbrei tung im Feldbau ist in den klimatischen Bedingungen begr ndet die Bew sserung im gro en Ma stab nicht erfordern Die Verwendung von Wetterdaten in Systemen zur Modellierung des N hrstoffhaushaltes des Bodens beschr nkt sich haupts chlich auf deren wissenschaftliche Ausarbeitung da die Systeme im praktischen Einsatz mit der Modellierung der witterungsbedingten Umgebungs einfl sse gute Ergebnisse zeigen 30 118 Auch zur Arbeitsorganisation wie der Befahrbarkeit der Nutzfl chen der Einsatzplanung von Landmasch
151. estaltung des Datenzugriffs geschaffen werden Als Auswahlkriterium konnten die Zugriffsaktivit ten auf das bisherige Bereitstel lungssystem herangezogen werden Daran zeigte sich dass sowohl der Bedarf an aktuellen Daten also aus der j ngsten Vergangenheit als auch an historischen Daten besteht Es wurden sowohl Stundendaten als auch Tageszusammenfassungen abgefragt Auch waren sehr gro e Unterschiede in der gew nschten Datenmenge zu verzeichnen Damit muss das zuk nftige Datenbereitstellungssystem ber eine interaktive Benutzer schnittstelle verf gen die unterschiedliche Datensichten erlaubt und trotzdem das schnelle Auffinden von Messdaten mit variablen Auswahlkriterien erlaubt Das Anbieten vorgefer tigter Berichte scheidet auf Grund der nicht mehr berschaubaren Vielfalt aus Auswahlkrite rien sind 1 geografischer Messort 2 physikalische Messgr en und Messorte an der Station 3 Messzeitraum 4 zeitliche Aufl sung der Messreihen Die Realisierung der Informationsbereitstellung f r diese interaktive Auswahl kann auf zwei grundverschiedenen Wegen erfolgen Alle verf gbaren Daten werden entsprechend dem Anwenderwunsch zum Anwender bertragen und dort zyklisch aktualisiert lokale Datenspiegelung Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 137 F r jede Anwendung l dt der Anwender nur die gerade daf r ben tigten Daten vom zentralen Datenbankserver herunter Online Abruf D
152. et F r die Anwender gibt es spezielle Sichten auf die Tabellen die jedoch keine Zusammenfassung bestimmter Daten erzeugen sondern Formatwandlungen und Vorfilterungen vornehmen In Tabelle 2 9 sind die Tabellen der Datenbank und deren Normalisierungszustand der ein Anhaltspunkt f r die Effektivit t der Datenablage ist zusammengefasst aufgelistet 80 Stand der Technik Tabelle 2 9 Tabellen und Normalisierungszustand der agrarmeteorologischen Datenbank 1 Ausbaustufe Gruppe Tabelle Spalten Inhalt Normal Steuerung MLWECMD 7 Kommandos vom Host zum PC Wetter Ja station MLWEJOB 6 Steuerung der Host Programme Ja Protokoll MLWTMT 7 Btx bertragungsstatus Ja MLWEPROT 6 75 Fehler an Station oder PC vom PC Nein gemeldet MLWEKORR 11 Korrekturtabelle des Host Ja Pr fprogramms MLWEMAIL 4 Ergebnismeldungen des Host Ja Pr fprogramms Witterungs MLWESTU 20 Stundendaten und daraus abgeleitete Nein daten Daten MLWETAG 58 Tagesdaten Nein MLWESON 40 Sonderwerte nicht an allen Stationen Nein vorhandene Sensoren Stunden und Tagesdaten MLWEREP 20 Sicherung der Stundendaten Nein MLWESONR 58 Sicherung der Sonderwerte Nein MLWEREF 20 Stundendaten Referenztabelle Nein Stations MLWESTA 27 47 Stationsbeschreibung und Parameter f r Nein informationen spezielle Pflanzenschutzberatungen MLWESTE 4 Entfernungen zwischen Stationen Ja MLWEBEA 4 Adressdaten Stations Beauftragte Ja
153. eter f r alle Stationen Eintragen von Logbuchmel dungen Eintragen oder berschreiben von Roh Messdaten Tabelle A 4 Befehlsaufbau der Abfragen Backus Nauer Form Token Definition Bemerkung lt Befehl gt lt Einleitung gt lt Aktion gt lt Objekt gt 4 Haupt Elemente mit Doppelpunkt lt Queryelemente gt getrennt lt Einleitung gt analog zu Meteo Protokoll Siehe oben Aufbau Tabelle A 1 lt Aktion gt lt Aktions Code gt lt St ckelung gt lt Sub Liste gt lt Aktions Code gt R R Retrieve lt St ckelung gt S S Satz lt Objekt gt lt Meldung gt lt Feldliste gt lt gt Siehe oben Aufbau lt Feldliste gt lt Feld gt lt Feldliste gt ein Feld oder eine Funktion bzw mehrere Semikolon getrennte Felder lt Feld gt lt Feldname gt lt Feldfunktion gt lt Feldname gt BNRI15JPIN Komplette Liste je nach Meldung siehe Meldungselemente oder Datadictionary Anhang A Meteo Protokoll 203 Token Definition Bemerkung lt Feldfunktion gt COUNTI DISTINCTI lt Feldname gt AVGIMIN MAX lt Feldname gt l Zul ssige SQL Funktionen lt gt Stern Stern an Stelle der Feldliste bedeutet alle Felder lt Queryelemente gt lt Bedingungsliste gt lt Sortierung gt lt Gruppierung gt Bestandteile der Abfrage lt Bedingungsliste gt lt Bedingungselement gt
154. etrachtet aus einem oder mehreren Paketen die wiederum aus einzelnen Feldern aufgebaut sind welche selbst wieder untergliedert sein k nnen Die Felder sind durch reservierte Zeichen Separatoren getrennt die Pakete mit einem Abschlusszeichen Zeilenschaltung versehen Die einzelnen Pakete bestehen aus Einleitung Aktion Reaktion Objektauswahl und einem Datenteil Tabelle 5 4 und Tabelle 5 5 Der Aufbau unterscheidet sich nach Befehls Anfrage Paketen des Clients und Antworten des Servers die aus den erfragten Daten oder einer einfachen Best tigung bzw einer Fehlermeldung bestehen Sowohl die Befehle als auch die Antworten k nnen aus mehreren Paketen bestehen Tabelle 5 4 Aufbau einer Anfrage im Meteo Protokoll Backus Nauer Form Anfrage Anfrage Einleitung Aktion Objekt Datenliste Einleitung Einleitung Kennung Nummer Unternummer Aktion Aktion Aktionscode St ckelung Sub Code Objekt Objekt Meldung Feldname Feldname Datenliste Datenliste Datenelement Datenelement Tabelle 5 5 Aufbau einer Antwort im Meteo Protokoll Backus Nauer Form Antwort Antwort Einleitung Resultat Objekt Textliste Einleitung Einleitung a Befehlsnummer Unternummer De Antwort Teilnummer Resultat Resultat Schwere Antwortcode Objekt
155. etrieb des Messnetzes betrachtet wird Im Fr hjahr finden die turnusm igen berpr fungen statt bei denen die Stationen zeitweise abgeschal tet werden und keine Daten liefern k nnen In den darauffolgenden Monaten wird die h chste Anzahl von Gewittern registriert Sie beeinflussen durch berspannungen das Stromnetz so dass es vorkommt dass Messstationen durch Schutzvorrichtungen vom Stromnetz getrennt werden und manuell aktiviert werden m ssen Da aber in diesem Zeitraum die Hauptaktivit ten im Pflanzenbau stattfinden lassen die Stationsbetreuer Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 161 Landwirte nicht in jedem Fall der Betriebsbereitschaft der Station die n tige Aufmerksam keit zukommen Die rechte Abbildung zeigt die Zusammenfassung aller Monate eines Jahres Innerhalb der jeweiligen Monate und innerhalb eines Jahres treten relativ auff llige Schwankungen auf die sich im Jahresmittel wieder kompensieren Der Mittelwert ber 5 Jahre liegt bei 96 7 Innerhalb dieser Zeit kann kein deutlicher Trend abgelesen werden Bis zum Jahr 1997 steigt die Zuverl ssigkeit etwas an was in der weiteren Verbesserung der Softwareeigenschaften begr ndet ist Danach ist ein leichtes Abfallen erkennbar welches auf den Ablauf der Nutzungsdauer der eingesetzten Datenlogger zur ckzuf hren ist Anteil vollst ndiger Datens tze Anteil vollst ndiger Datens tze 100 0 100 0
156. fekte insbe sondere in gartenbaulichen und landwirtschaftlichen Betrieben mit einem hohen Arbeitszeit aufwand und einem hohen Fl chenertrag wie Wein Obst und Gem sebaubetrieben oder in Gro betrieben am deutlichsten zu erkennen In jedem Fall reichen aber validierte Modelle und meteorologische Messdaten allein zu einer quantitativen Beratung z B Spritzempfeh lung nicht aus Zus tzliche Beobachtungen Bonituren und eine kritische Beurteilung durch einen Fachmann sind unabdingbar 37 Wetterdatenbasierende Beratungssysteme zur Insektizid und Fungizidanwendung werden h ufig in gro fl chig wirtschaftenden Regionen eingesetzt Australien USA Auch in Deutschland haben Beratungs und Prognosesysteme f r den Pflanzenschutz die gr te Bedeutung als Bedarfstr ger an aktuellen regionalen und zuverl ssigen agrarmeteorologi schen Messdaten Praktisch genutzte Beispiele f r computergest tzte Beratungssysteme im Einleitun Pflanzenschutz sind in Tabelle 1 1 aufgelistet nach 53 138 144 Tabelle 1 1 berblick ber gebr uchliche computergest tzte Prognoseverfahren und Entscheidungshilfen im Pflanzenschutz nach 53 138 144 Fruchtart und Modellname bzw Ent Wetterdatenbezug Bemerkung Schaden wickler Getreide Mais Raps R ben proPlant Institut f r Pflanzenschutz und Agrarinformatik M nster DWD agrarmet Messnetze Btx Wetterstation freie umfangreiches modernes modulares Softwaresystem
157. ffentlichten Schnittstellenpro tokolls auf die Applikationsdaten zugreifen e Verteilung Skalierung Sowohl Applikationsserver als auch Webserver k nnen beliebig oft im jeweiligen Netz installiert werden Damit kann eine Lastverteilung und optimierung realisiert werden 5 3 5 1 Applikationsserver Datenbankschnittstelle Die Hauptaufgabe des Applikationsservers ist die permanente Bereitstellung der sicheren Applikationsschnittstelle zur Datenbank f r verschiedene Anwendungen Zus tzlich zu dieser eigentlichen Funktionalit t stellt er noch eine weitere Administrator Schnittstelle zu seiner eigenen Fernsteuerung und berwachung bereit Im Prinzip arbeitet der Applikations server als Filter und bersetzer zwischen Kommandos der Applikationsschnittstelle und dem Datenbankserver Er realisiert den kontrollierten Zugang und die Bereitstellung der Ressour cen f r eine beliebige Anzahl gleichzeitig aktiver Datennutzer Mit Hilfe dieses Programms k nnen nicht nur Daten bereitgestellt werden sondern auch gezielte Datenmanipulationen implementiert werden Der Applikationsserver ist ein Java Programm das unter Nutzung der Java eigenen SQL Schnittstelle JDBC eine Verbindung zur Datenbank aufnimmt Aus der Sicht des Applikationsservers ist es gleich ob eine direkte Verbindung zu einer lokalen Datenbank oder ber eine Schnittstelle zu einem entfernten Datenbankserver aufgebaut wird Die datenbankabh ngige Schnittstelle wird vom Datenbankhersteller
158. fsteuertabelle CNVLR Sie beinhaltet f r jeden Stationsdatenabruf die Attribute Messstationsnummer Abrufzeitpunkt auszuf hrende Aktion Befehl sowie eine Statusangabe bezogen auf die Aktion Weitere Attribute sind die Kommunikationsadresse der Station z Z Telefonnummer ein aktueller Wiederholungs Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 127 z hler und der Zeitstempel des letzten bertragenen Messdatensatzes Abbildung 5 16 Mit dieser Entit t k nnen weitere Eigenschaften der Stationen und Messdaten verkn pft werden Programm 1 e Anruf 4 i ege i Steuertabelle Steuertabelle Messdaten Station Messzeit om D H erweitert artzeit Abrufzeit Station Adresse Wert Sensor n Wieder holungen Sonder Messdaten Befehl Status Status Messzeit Wert Sensor n Wieder Zeitstempel holung Wert Sensor SensorTyp ii om EI H o v 5 Messzeit Wert erkl rt 4 Beschreibungs erkl rt 1 Beschreibungs Tabelle 1 Tabelle 2 f Status Abbildung 5 16 ERM der Steuerdaten und Ankn pfung zu den Messdaten e Definition der Messdaten Die Messstationen haben berwiegend eine Ausstattung mit 10 verschiedenen Sensoren in der Datenbank Attribute Es gibt jedoch evtl auch nur ber bestimmte Period
159. ftlich realisierba ren Bedingungen stattfinden Durch den Einsatz offener Systeme kann dieses Problem vollst ndig und zukunftsweisend gel st werden Sie sind eine Hauptgrundlage f r den dauerhaften zuverl ssigen Betrieb komplexer flexibler und skalierbarer Informationssyste me Nicht nur theoretische Ans tze sondern auch viele professionelle moderne Werkzeuge der Softwaretechnologie CASE Tools ber cksichtigen diese Grunds tze und basieren auf einer durchg ngigen Modellierung 114 Selbst wenn keine hochentwickelten Werkzeuge zur Softwareentwicklung eingesetzt werden sind etablierte Informationsmodelle die Bindung an Standards und eine umfassende entwicklungsbegleitende Dokumentation durch den Einsatz standardisierter Basistechniken der Softwareentwicklung die Voraussetzung f r die Realisierung als offenes System 180 Folgerungen und Ausblick 7 1 1 Durchgehender Einsatz von Informationsmodellen Ausgangspunkt der Modellierung informationstechnischer Systeme ist die vollst ndige kybernetische Modellierung der Prozesse die mit diesem System realisiert werden sollen Die Modellierung bewirkt die stufenweise Zerlegung des Gesamtproblems in berschaubare Teilaspekte Komponenten Das Ziel der Modellierung ist nicht nur eine Grundlage f r die Implementierung zu schaffen sondern auch bereits gel ste Teilaspekte zu entdecken und die Schnittstellen zu lokalisieren oder zu definieren Solche Teilaspekte k nnen durch bereits bestehende
160. gementsystems dienen die in Kapitel 3 2 1 aufgestellten Qualit tskriterien Je nach Art der berpr fungen fanden diese in unterschiedlichen Stadien der Prototyp Entwicklung statt Dementsprechend erfolgte als erster Schritt der Evaluierung des entwickelten Datenmanagementsystems die Untersuchung der Systemspezifikation und des Datenmodells auf Erf llung der geforderten Anspr che und Widerspruchsfreiheit Vor der Implementierung der Datenabruf Datenpr fungs und Datenbereitstellungssoftware fand die Entwicklung und Inbetriebnahme des Stationscontrollers entsprechend der Schnitt stellenspezifikationen zur Messstation und zum Datenabrufsystem statt Zu Beginn der Entwicklung der Datenabrufsoftware stand daher bereits ein funktionsf higer Prototyp des Controllers CW1 zur Verf gung In der folgenden Entwicklungsstufe wurde die Datenbank entsprechend dem logischen Entwurf implementiert und mit Testdatens tzen gef llt die eine Synchronisation der Softwaremodule erlauben Mit dieser Datenbank wurden die Zugriffsm glichkeiten von den verschiedenen beteiligten Plattformen und die Transaktionssicherheit berpr ft Dann wurden schrittweise Prototypen der einzelnen Softwaremodule zur Implementierung der Basisfunktionen erstellt und getestet Die Implementierung wurde so ausgelegt dass Daten strukturen und Funktionen in Modulen bzw in Klassen gekapselt sind so dass die Module grunds tzlich erst einzeln und anschlie end im Zusammenspiel getes
161. gende und zuverl ssige Quelle qualitativ hochwertiger Klima und Witterungsdaten Jedoch werden diese Daten haupts chlich f r die Wettervorhersage und f r allgemeine globale meteorologische Frage stellungen gesammelt Die fachlichen Anspr che der Landwirtschaft an die Wetterdaten sind jedoch auf agrarmeteorologische Messdaten ausgerichtet die m glichst nah an den Anbau orten erfasst und nicht modelliert werden Daher wurden im Laufe der letzten Jahre mit der Verf gbarkeit kosteng nstiger automatischer Kleinwetterstationen von den Landwirt schaftsministerien der deutschen Bundesl nder oder deren nachgestellten Organisationen agrarmeteorologische Messstationen installiert und zu Messnetzen zusammengefasst Die Stand der Technik 67 Entscheidung zur Schaffung solcher Messnetze beruht auf dem starken Bedarf der Agrarwis senschaftler an aktuellen exakten fl chendeckenden regionalen pflanzenbaulich relevanten Witterungsdaten als Grundlage f r ein EDV gest tztes Beratungssystem vgl Kap 1 Das m gliche Einsparungspotential an mineralischen D ngemitteln durch gezielte Berechnung des Bedarfes der Pflanzen z B Stickstoffbilanz und an Pflanzenschutzmitteln auf Grund von Befallsprognosen die neben anderen Eingangsgr en von Witterungsdaten abh ngig sind wurde sehr hoch eingesch tzt 115 In Tabelle 2 6 sind die deutschen agrarmeteorologischen Messnetze und deren Betreiber aufgef hrt 91 u a Tabelle 2 6 Agrarmeteo
162. greift Die eigentliche Benutzerinteraktion besteht in der ber mittlung von Parametern f r eine Messdatenabfrage Die Benutzerschnittstelle enth lt dabei bereits Elemente aus der Datenbank die eine relativ geringe Dynamik aufweisen z B Ver nderung von Stationsstandorten Diese Elemente sollen bei Bedarf und unabh ngig von der Benutzerdatenabfrage erneuert werden und sonst wie statische Parameter zur Verf gung stehen Daher gliedern sich die Funktionen der Datenbereitstellung in zwei unabh ngige Zweige zur Benutzerinteraktion Annahme von Anwenderanfragen und Aktualisierung der Benutzerschnittstelle Abbildung 5 9 die jedoch die gleichen Unterfunktionen Datenselek tion formatierung und bertragung verwenden Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 117 Ausgabe von Aktualisierung von Aufnahme Daten Aktualisierung der Naviaationslist Anwenderanfrage Benutzerschnittstelle AVYANONSISIEN Auswahlparametern Navigationskarten Informationen Abbildung 5 9 Unterfunktionen der Benutzerschnittstellen zur Datenbereitstellung 5 1 2 Organisationssicht Die zur Modellierung von Wirtschaftsdaten unabdingbare Integration der Aufbauorganisati on in das Datenmodell also die Einbeziehung der Unternehmensstruktur im Bezug auf bestimmte Abl ufe hat in diesem Anwendungsfall eine untergeordnete Bedeutung da eine Benutzerinteraktio
163. hatti N A Bouch und A Kuchinsky Integrating User Perceived Quality into Web Server Design In 9th International World Wide Web Conference Amsterdam May 15 19 2000 Conference Proceedings Amsterdam Foretec Seminars 2000 S 1 Blummer T Objektverwalter Objektdatenbanken High Tech Spielzeuge oder Zukunftsmodell In c t Magazin f r Computertechnik 1997 Nr 5 S 284 295 Borggraefe S Neuerungen in Apache 2 0 In iX Multiuser Multitasking Magazin 2001 Nr 2 S 42 46 Buchwald K O H H ckel und M Breuch Moritz Beregnungsberatung nach dem Weihenstephaner Modell In Landwirtschaftliches Jahrbuch 67 1990 S 267 274 Bues M Offene Systeme Berlin Heidelberg Springer 1994 271 S Camp C R E J Sadler und R E Yoder Evapotranspiration and Irrigation Scheduling Proceedings of the International Conference November 3 6 1996 San Antonio Texas ASAE 1996 1166 S Campbell Scientific Ltd Company Profile and Installation References Logan Utah USA Campbell Scientific Inc 1995 13 S Carlson J D Mesonet Value Added Products to Benefit Oklahome Agriculzure In Mesonet Update 1994 Nr 4 Number 2 S 1 Carmanns R HIT Central Database for the Registration and Tracing of Cattle in Germany In Berichte der Gesellschaft f r Informatik in der Land Forst und Ern hrungswirtschaft IT Applications for the Agricultural Extension Service with regard to the Federal Structure of the Adminis
164. he Eigenschaften der Schnittstellenleitungen Doppelstrom unsymmetrisch bis zu 20 Kbit s 1981 Deutsches Institut f r Normung DIN 66020 Funktionelle Anforderungen an die Schnittstelle zwischen DEE und D E in Fernsprechnetzen 1981 D lz A und P Galli A Logger Network to Monitor Transfer and Evaluate Meteorological Data for Scab Warning in Baden W rttemberg In Proc ofthe 3rd Workshop on Integrated Control of Pome Fruit Diseases Lofthus Norwegian Journal of Agricultural Sciences 1994 S 257 259 Duke H R COAGMET Colorado Agricultural Meteorological Network In Evapotranspiration and Irrigation Scheduling Proceedings of the International Conference November 3 6 1996 San Antonio Texas American Society of Agricultural Engineers 1996 S 1165 Dumke R Modernes Software Engineering Braunschweig Vieweg 1993 309 S Eimern van Joseph und H H ckel Wetter und Klimakunde ein Lehrbuch der Agrarmeteorologie Stuttgart Ulmer 1984 275 S Engel T Entwicklung und Validierung eines Simulationsmodells zur Stickstoffdynamik in Boden und Pflanze mit Hilfe objektorientierter Programmierung Dissertation Technische Universit t M nchen Fak LG 1990 304 S Englert G und H Sch n Systemtechnik in der landwirtschaftlichen Verfahrenstechnik In Landtechnik 1998 Nr 3 S 158 Ermert M Die Einf hrung des neuen IP Standards dr ngt In c t Magazin f r Computertechnik 2000 Nr 1 S 32 F rber G
165. hen Einwahl Knoten an Dann schafft das Btx System eine Verbindung zu einer Applikation auf dem Gro rechner des BayStMELF dem BALIS Host Rechner Dieser Rechner ist aus der Sicht des Btx Systems ein externer Rechner d h die Btx Informationen werden auf diesem Rechner aufbereitet und gespeichert aber nicht auf das Btx System des Telekommunikationsunternehmens berspielt Das Programm FMA PC verh lt sich wie ein Btx Benutzer der Btx Seiten anw hlt und ausf llt Es bertr gt die Daten oder eine grobe Fehlermitteilung falls keine Daten zur Verf gung stehen auf diesem Weg ber das ffentliche Kommunikations System an den BALIS Rechner Dort werden die Daten in der Zentralen Host Datenbank abgelegt Die Abbildung 2 12 zeigt einen berblick ber den Datentransfer Stand der Technik 77 10 Min Werte Betriebs computer Stundenwerte BALIS Werte bertragung per Btx Stundenwerte Host Datenbank Abbildung 2 12 bersicht ber den Datenfluss im Bayerischen agrarmeteorologischen Messnetz Stand 1993 Nach der erfolgreichen bertragung der Stundendaten von den Wetterstationen werden die Messdaten auf Vollst ndigkeit und grobe inhaltliche Fehler gepr ft plausibilisiert und zu Tagesdaten zusammengefasst Dabei werden weitere meteorologische Kenngr en wie Minima Maxima und Summen gebildet Die jeweils eingesetzten Programme sind in sich geschlossene L sungen die f r den konkreten Daten bertragungsfall zugeschnit
166. hnittstellen SQL Skalierbarkeit Client Server Architektur und Vernetzung besitzt kann f r die vorliegende Arbeit ein RDBMS eingesetzt werden Zur Modellierung und Dokumentation der fachspezifischen Anforderungen externe Schemata konzeptioneller logischer und physikalischer Entwurf Mittel und Verfahren f r die Entwicklung des offenen Datenmanagementsystems 105 sollten Hilfsmittel eingesetzt werden die eine eindeutige berleitung der Problemstellung in das Datenbankschema erm glichen Bei verschiedenen Datenbanksystemen sind Werkzeuge zur grafischen Modellierung enthalten ebenso gibt es Daten Design Systeme die Datenbank unabh ngig sind Solche Systeme werden jedoch auf Grund der hohen Kosten nur bei komplexe Datenbankanwendungen eingesetzt insbesondere wenn ein Gro teil der Pro grammlogik durch das Datenmodell abgedeckt werden soll F r das Datenmanagementsys tem des agrarmeteorologischen Netzwerkes konnte eine durchgehende Modellierung der Daten durch Einsatz der Basistechnologien realisiert werden da keine gro e Komplexit t der Daten vorliegt Der Grund f r diese Modellierung war ein offenes Softwareprodukt zu schaffen und eine effektive Arbeitsweise w hrend allen Lebenszyklen des Softwareprojekts zu erreichen Implementierung In der Implementierungs und Testphase wurde als RDBMS Oracle Version 7 3 als Server auf einer Digital Alpha AXP Workstation unter Digital UNIX 4 0 und als Client auf Intel Pentium PCs unter Mi
167. ibute ist nicht so eindeutig festgelegt Verschiedene Applikationen bevorzugen unter Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 139 schiedliche Formate Die wichtigsten sind Trennung der Attribute durch Tabulatorzeichen Trennung der Attribute durch festgelegte Zeichen Delimiter Character separated values CSV als Trennzeichen dient meist ein Semikolon 7 feste Position der Attribute und auff llen der Zwischenr ume durch Leerzeichen Tabulator getrennte Daten werden von den meisten B roanwendungen und Statistik Systemen akzeptiert CSV Dateien werden als Standard Import Exportschnittstelle von fast allen Datenbanksystemen und Tabellenkalkulationsprogrammen akzeptiert Feste Positionen bieten ein klares optisches Bild und einfache Zugriffsm glichkeiten f r h here Programmiersprachen Die Reihenfolge der Messwerte und die Einbindung von Attributin formationen Data Dictionary sind nicht festgelegt Verbreitet ist die Nutzung einer Kopf zeile in der die Attribute genauso wie die Werte formatiert aufgelistet werden oder zus tz liche Beschreibungsdateien aus denen neben der Zuordnung Attribut Dateiposition auch noch weitere Informationen wie Ma einheiten hervorgehen k nnen Matrizen aus Bin rdaten w ren kompakter und k nnten auch mit h herer Aufl sung ange boten werden doch ist die Aufl sung bereits durch die Genauigkeit der Sensoren festgelegt damit ergibt sich kein Vorteil Au
168. ich P Klimarelevante Beobachtungen in Deutschland Karlsruhe Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH 1993 606 S Middleton B B Deng und C Kemp Web Programmierung mit Perl 5 Haar bei M nchen Markt amp Technik 1997 457 S Moos A Datenbank Engineering Analyse Entwurf und Implementierung relationaler Datenbanken mit SQL Braunschweig Viehweg 1997 397 S Niepold F Internationales Symposium Computergest tzte Prognose und Entscheidungsmodelle im Pflanzenschutz Bonn Bundesministerium f r Ern hrung Landwirtschaft und Forsten 1993 219 S Nigge V Erweiterung des Wetterdaten Angebotes f r proPlant durch die Integration von Daten zus tzlichen Anbieter In Kurzfassung der Referate zur 4 Arbeitstagung ber Einsatz und Nutzung agrarmeteorologischer Messstationen am 28 und 29 November 1995 Mainz Landesanstalt f r Pflanzenbau und Pflanzenschutz 1995 S 13 1 13 5 N N Benutzeranleitung f r Controller CW1 zur Wetterdaten bertragung Freising Bayer Landesanstalt f r Landtechnik Weihenstephan 1994 17 S N N SYBIL European Previsional Model Based Decision Support Systems using Agro Meteorological Data P M D A M nchen Trento Paris Folum Eropean Community Agricultural Decision Support 1995 75 S N N The Oklahoma Mesonet http okmesonet ocs ou edu 1998 N N SILO A Rich Resource of Meteorological and Agricultural Information http www bom gov au silo 1998 N N Utah Mesone
169. ich von 00 00 bis 23 50 Uhr auf Stundendaten 0 bis 23 Uhr und f r Tagesdaten wird der aggregierte Wert auf 00 00 00 Uhr bezogen Das hei t immer wird der Beginn des betreffenden Inter valls zu seiner Benennung herangezogen F r die Bildung von Stundenwerten muss mindes tens ein g ltiger 10 Minutenwert in dieser Stunde existieren f r die Bildung von Tageswer ten m ssen zu diesem Tag alle 24 Stundendaten vorhanden sein Ein Auff llen von Datenl cken findet in den Messdaten nicht statt sondern muss f r jedes Anwendungspro gramm gesondert vorgenommen werden Das ist sinnvoll und n tig da f r unterschiedliche Anwendungen unterschiedliche Anforderungen an die Eingangsdaten gestellt werden So kann es durchaus m glich sein dass ein Prognosesystem zu bestimmten Tageszeiten keine Messwerte ben tigt um genau sch tzen zu k nnen zu einer anderen Zeit jedoch so genaue Werte zur Verf gung stehen m ssen wie sie nicht per Extrapolation oder Interpolation aus l ckenhaften Messdaten erzeugt werden k nnen Das Datenpr f und Zusammenfassungsprogramm wird von einem speziellen Steuerpro gramm aktiviert welches zyklisch die Datenabrufsteuertabelle nach den Eintr gen erfolg reich abgeschlossener Datenabrufe durchsucht und daraufhin das eigentliche Pr fprogramm aktiviert Die Programme zur Datenpr fung und zusammenfassung wurden analog zum Datenabruf in der Programmiersprache C erstellt die Verbindung zur Datenbank basiert auf embedd
170. ie erste M glichkeit hat Vorteile in der bertragungszeit wenn mehrmals auf bestimmte Datenbereiche zugegriffen werden soll Die Nachteile der Variante liegen im Ressourcen verbrauch zur lokalen Datenhaltung und der hohen Redundanz der Daten Au erdem ergibt sich ein zus tzlicher Aufwand zur Synchronisation der Daten Die zweite Variante erlaubt die h chste Variabilit t da immer alle auf dem Server verf gbaren Daten aktuell abrufbar sind Der Nachteil liegt bei wiederholtem Bedarf an bestimmten Daten in dem wiederholt n tigen Zugriff auf die Datenbank per Datenfern bertragung Eine g nstige L sung ist die Verwendung der zweiten Variante auf der Dienstanbieterseite und eine selektive lokale Datenspiegelung die durch bestimmte Anwendungsprogramme selbst realisiert wird wenn diese Programme oft wiederholte Datenzugriffe erzeugen e Dezentrale Online Datenbereitstellung Grunds tzlich muss der bisherige Nutzerkreis mindestens einen qualitativ gleichwertigen Datenzugriff erhalten wie ihn die bisherige Btx L sung erlaubte Die weitere Nutzung des bertragungskanals Btx wird aus den oben genannten berlegungen abgelehnt Da der ehemalige Btx Dienst der Post mit dem Internet Basierenden T Online Dienst gekoppelt ist sind die infrastrukturellen Voraussetzungen zur Nutzung einer internetbasierenden Datenbe reitstellung f r die bisherigen Anwender erf llt Eine Alternative zum Internet w re eine Mailbox Basierende L sung bei der der Anwe
171. ieb als auch im Fehlerfall Weitere Programmoptionen die permanent f r alle bertragungskan le und Messstationen gelten k nnen mit Hilfe einer Konfigurationsdatei eingestellt werden Die genauen Optionen sowie der Ablauf des Programms der detaillierte Aufbau der Datenstrukturen und die implementierten Funktionen des Programms wdb3 sind in der Systemdokumentation ausf hrlich beschrieben 82 Hohe Aufmerksamkeit wurde bei der Implementierung auf den vollautomatischen Betrieb gerichtet Alle wichtigen Ereignisse und registrierte Fehlerzust nde werden protokolliert und au erdem als Zusammenfassungen in den entsprechenden Fehler und Beschreibungstabellen der Datenbank abgelegt Das Programm wurde in seinem Ablauf so sicher gestaltet dass es mehrere Tage unbeaufsichtigt fehlerfrei betrieben werden kann auch wenn vorhersehbare Kommunikations oder Systemprobleme auftreten Bei unvorhergesehenen erkennbaren Problemen versucht das Programm per Modem eine Mitteilung an einen Administrator abzusetzen und f hrt je nach Herkunft und H ufigkeit des Problems einen Verbindungs Programm oder Systemneustart durch um das Abrufprogramm wieder zu stabilisieren Beim Systemstart werden alle zum Datenabruf notwendigen Programme selbst ndig akti viert 5 3 3 Kontroll und Wartungsfunktionen f r Abrufsystem und Datenbank Zus tzlich zu den oben genannten inneren Sicherheitskomponenten zur Realisierung des vollautomatischen Dauerbetriebes des D
172. ieferter Daten In den Jahren 1999 und 2000 ist der Einfluss der auf Grund ihrer Alterung defekten Datenlogger und der unvermeid bare Datenverlust beim Austausch der Ger te gegen neue Modelle erkennbar Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 167 100 Z Tagesdatens tze Anteil E Stundendatens tze 96 94 92 90 88 86 84 82 sa 8 3 8 8 SS Eg DP OR Pe S EE en A Abbildung 5 31 Anteil der in der Datenbank gespeicherten gepr ften und zusammenge fassten Messdatens tze bezogen auf die theoretisch m gliche Anzahl 5 4 2 Datenbereitstellungssystem Das Web basierende Datenbereitstellungssystem wurde im Februar 1999 implementiert und getestet Im Mai 1999 wurde es im Rahmen einer regionalen Informationsveranstaltung der ffentlichkeit und der Presse vorgestellt Von diesem Zeitpunkt an befindet sich das Bereit stellungssystem im Produktionsbetrieb und wird im Internet von Suchmaschinen indiziert Auf der verwendeten Hardware und Systemsoftware f r den Applikationsserver wird au erdem eine leistungsintensive Applikation betrieben Ausgel st durch diese Applikation und unzureichend stabile Systemsoftware gab es bis September 1999 eine Vielzahl von Applikationsserverausf llen Als Webserver diente anfangs ausschlie lich der Apache Webserver der Entwickler http www tec agrar tu muenchen de lbp agm seit November
173. ik bertragung Systemfehler der Algorithmen Wetter daten Mess Beregnungs D nge Pfl schutz empfehlung Ent erhebung speicherung station aufbereitung verteilung scheidungs hilfe Abruf K Bereitstellungs Schnittstelle Schnittstelle Daten Plausibilisierung haltung Aggregation Abbildung 5 1 Input Output Modell mit Schnittstellen Die involvierten Komponenten sind Messstation zentrale Datenverarbeitung und spezielle Anwendersoftware In den Bereich der Datenverarbeitung fallen die Datenerhebung die zum Teil in die automatische Wetterstation integriert ist die Datenspeicherung in der zentralen Datenbank die Datenaufbereitung Pr fung Aggregation sowie die Datenbereitstellung f r die Anwendungssysteme Mit der Messstation als Datenlieferant und deren Optimierung haben sich bereits eine Reihe von Untersuchungen befasst Kernkomponenten des Systems 108 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems wie Hard und Software und Datenbanken werden als standardisierte Systeme vorausgesetzt Daher m ssen die beiden Schnittstellen des speziellen Informationssystems Erfassungsanla ge Datenhaltungssystem und Datenhaltungssystem Anwender Hauptgegenstand der Optimierung sein 5 1 Definition des Informationsflusses und des Datenmodells Dem im weiteren beschriebenen Fachkonzept kommt bei der Modellierung des offenen Datenmanagementsystems die Rolle des best ndigen Kerns zu da
174. iler und Linker f r verschiedene Hardware neu erstellt werden m ssen auch kann die JVM durch Firmware in einem soge nannten Java Prozessor realisiert sein Damit sind der Offenheit und Skalierbarkeit von Java fast keine Grenzen gesetzt Java besitzt noch weitere Vorz ge als relativ junge Program miersprache seit 1995 wurde das objektorientierte Paradigma vorbildlich umgesetzt und durch seine Verbreitung bei der Programmierung von Anwendungen in heterogenen Netz landschaften sind auch unz hlbar viele Werkzeuge Quellen Hinweise und Beispiele im Internet recherchierbar Insbesondere zur Realisierung systemnaher administrativer Aufgaben wie der Softwarein stallation Listenbearbeitung oder Textanalyse gibt es eine gro e Zahl von Script Sprachen Ihre Anweisungslisten werden vor der Abarbeitung nicht bersetzt sondern von einem Interpreter direkt zeilenweise ausgef hrt Waren Script Sprachen anfangs sehr spezielle und Stand der Technik 41 auf bestimmte Systemkategorien insbesondere UNIX beschr nkte Administratoren Hilfsmittel gibt es heute mit Perl Practical Extraction and Report Language 156 eine leistungsf hige sehr offene also auf viele Rechnerplattformen portierte Script Sprache zur Bearbeitung von Zeichenketten die viele Funktionen einer objektorientierten Hochsprache einschlie t Sie wird insbesondere im Zusammenhang mit dem World Wide Web WWW zur automatischen Erzeugung Bearbeitung und Kontrolle von WWW Dokume
175. ine genaue Z hlung nicht m glich Die hier dargestellten Zahlen werden daher kleiner Anhang D Ergebnisse der berpr fungen 227 sein als die reale Anzahl der Zugriffe Tabelle D 2 Anzahl der Zugriffe auf die Webserver html Seiten Testserver Produktionsserver Anteil bayern de ohne bayern de 228 Anhang D Ergebnisse der berpr fungen Tabelle D 3 Anzahl der Zugriffe auf den Applikationsserver Anzahl der Zugriffe auf den Applikationsserver Bemerkung ohne nur Gesamt Anteil bayern de bayern de bayern de 1572 988 2560 39 Mitewen des Anteils von bayern de von Mai 99 bis Jul 99 1622 1299 2921 Aug 99 1095 1236 Sep 99 1482 1663 Jan 00 119 os Fe fe mo P P vs Fe P es Fe F mo e f mo Fe h Ab Dezember 99 t gliche Zwischenspeicherung aller 4076 3 Daten bersichten in bay ern de per AltaVista Intranet 3005 3 Diese Zugriffe wurden herausgefiltert da so nicht 2946 1 Jeindeutig ist ob die Daten genutzt werden 3033 45 ken AltaVista Intranet Cache Grafische Darstellungen und Zusammenfassungen der Ergebnisse befinden sich im Kapitel 5 4 2
176. inen etc kann die Auswertung regionaler agrarmeteorologischer Messdaten einen sinnvollen Beitrag leisten 76 137 Auf Grund einiger Besonderheiten der deutschen Landwirtschaft n mlich der stark struktu rierten Feldwirtschaft den damit verbundenen relativ kleinen Schlag und Betriebsgr en und wegen der dort t tigen berwiegend hoch qualifizierten und erfahrenen Landwirte ist der konomische Nutzen des praktischen Einsatzes von Beratungssystemen relativ gering 44 Trotzdem gewinnen die konomischen und kologischen Aspekte des Einsatzes quantitativer Beratungsergebnisse und die Integration wetter und klimarelevanter Daten in ein geschlossenes landwirtschaftliches Kommunikationssystem LKS 62 zur teilfl chen spezifischen Feldwirtschaft precision farming 2 immer h here Bedeutung In computergest tzten Beratungssystemen zur Erkennung und Prognose von Pflanzenkrank heiten sowie f r die computergest tzte Modellierung der Stickstoffdynamik k nnen nur exakte aktuelle und historische pflanzenbaulich relevante Witterungsdaten verwendet werden Dazu wurde 1989 in Bayern wie auch in anderen Bundesl ndern begonnen speziell Einleitung 25 f r landwirtschaftliche Belange entwickelte Messstationen 140 f r die fl chendeckende Erfassung agrarmeteorologischer Messdaten zu installieren und als Netzwerk zu organisie ren Das Bayerische agrarmeteorologische Messnetz umfasst heute ber 110 Messstationen die anhand der natu
177. insbesondere auf den Gebieten e Benutzerschnittstelle User Interface e Betriebssysteme e Kommunikation e Datenmanagement e Grafik und e Softwareentwicklung Stand der Technik 33 Das IEEE Technical Committee on Open Systems hat mit dem Entwurf der IEEE P1003 POSIX eine Definition offener Systeme vorgegeben Danach ist die Basis f r offene Systeme eine umfassende und einheitliche Menge von internationalen Informationstechnolo gie Standards und funktionalen Standards die Schnittstellen Dienste und unterst tzte Formate zur Schaffung der Interoperabilit t und Portabilit t von Anwendungen Daten und Personen spezifizieren 11 Abbildung 2 3 verdeutlicht diese Standardisierungsbereiche Eine allgemein einsetzbare erweiterbare und anpassbare skalierbare L sung muss also in Form eines offenen Systems realisiert werden sich an Standards halten oder sich im Min desten daran orientieren Standards Technology Function Interfaces Services Interopability Portability Formats APPLICATION DATA PEOPLE Abbildung 2 3 Offene Systeme auf der Basis von IEEE P1003 POSIX Als allgemeine Basisstruktur f r offene Systeme ergibt sich eine Dreiteilung entsprechend der Hauptaufgaben in e Benutzerschnittstelle User Interface People e Programme Application Control und e Datensysteme Data Zwischen diesen Schichten findet eine Kommunikation statt alle Komponenten wiederum m
178. inuten 16 Zusamm Stunden 24 KN Tages Rohdatensatz fassung fassung und _ Datensatz Ke Za Datensatz N Statistik Datensatz Ser Statistik o S r Zn IC MTkey HC MTkey C Mise I Mikey lt S lt gt lt E x StatNr C StatNr StatNr Stat ene sw e S C sm m STY vi STY m STY E x SValue u SValue SValue H SValue S Se J Gi N SValue min N I Fa e SValue max _ r Abbildung 5 18 ERM der Messdatenpr fung und Zusammenfassung Plausibilisierung Die Messdaten und die daraus abgeleiteten Daten kumulieren das hei t sie wachsen linear mit der Zeit an und werden begrenzte Ressourcen aussch pfen Auch in dieser Hinsicht muss eine offene Erweiterung des Systems m glich sein Die Entscheidung ob der der Datenbank zugrundeliegende Speicher erweitert wird oder Teile der Datenbank auf andere Massenspei chersysteme ausgelagert werden ist eine Frage der Implementierung 5 2 1 2 Netzwerktopologie Die organisatorische logische und r umliche Verteilung der Prozesse ben tigt eine physika lische und logische Grundlage zum Datenaustausch Diese wird durch physikalische und logische Netzwerke m glichst auf der Grundlage bestehender Standards OSI ISO reali siert In Form ffentlicher Kommunikationsnetze und des IT Verbundes der bayerischen Landwirtschaftsverwaltung ist eine funktionsf hige Netzwerkinfrastruktur vorhanden innerhalb der die Kommunikationswege f r das agr
179. ion gewachsen In Sachsen erg nzen heute ca 30 Kleinwetterstationen f r Sonderkulturen Hopfen Wein pfel und 11 agrarmeteorologische Messstationen VDI 3786 die 13 nutzbaren Stationen des DWD Auch in Th ringen erfassen ca 10 agrarmeteorologische Stationen die in VDI 3786 angege benen Messwerte die beim Betreiber gespeichert und in Form spezieller Empfehlungen als Ansage FAX und Btx Informationen f r die Anwender bereitgestellt werden 50 Einen besonderen Stand innerhalb der agrarmeteorologischen Messnetze in Deutschland nimmt das Bayerische Messnetz ein Stand der Technik 69 2 4 Bayerisches agrarmeteorologisches Messnetz Der Deutsche Wetterdienst DWD konnte in Bayern die von der Landwirtschaft geforderten Daten wegen der oben genannten unterschiedlichen Messziele und auf Grund seines weitma schigen Netzes das der agrarr umlichen Landschaftsgliederung nicht angepasst ist nicht liefern Eine Verdichtung des bestehenden DWD Wetterbeobachtungsnetzes durch Klein wetterstationen zur regionalen Erfassung agrarmeteorologischer Daten wurde aus fachlichen und Kostengr nden abgelehnt Im Spannungsfeld zwischen Bereitschaft zur umweltschonen den Pflanzenproduktion und wirtschaftlicher Unsicherheit reagierte die Politik mit der Bereitstellung der notwendigen finanziellen und organisatorischen Mittel zum Aufbau des Bayerischen agrarmeteorologischen Messnetzes unter Ber cksichtigung der gewonnenen wissenschaftlichen Erkenntni
180. ionsserver Meteo Protokoll B Data Dictonary f r MeteosewWer u a denken B 1 ER EE uni ed B2 Z grfissteuer ni een RER B 3 Liste der verf gbaren Entit len ss ss ee C Aufbau der grafischen Benutzerschnittstelle 0000s0senssnsnenensnnnennnnnnnennnen C l Datenabfrage durch Anwender 2a nun ee Ee E EE D Ergebnisse der Uberpr fumngen RER RE E Ee DEE KS WEE E EE D 1 2 bertragungszeiten EE D 2 Datenbereitstellunsssystem sus 222 HR Abbildungsverzeichnis II Abbildungsverzeichnis Abbildung 1 1 bersicht ber das Programm umweltgerechter Pflanzenbau nach 103 21 Abbildung 1 2 Bedeutung des Datenmanagements f r agrarmeteorologische Messdaten 25 Abbildung 2 1 ARIS Architektur integrierter Informationssysteme nach SCHEER 119 30 Abbildung 2 2 ANSI SPARC 3 Schichten Modell TlAol 30 Abbildung 2 3 Offene Systeme auf der Basis von IEEE P1003 DOSlIN 33 Abbildung 2 4 Prototypingmodell nach RAASCH TUI3 i 34 Abbildung 2 5 Logischer und tats chlicher Kommunikationsfluss im OSI Schichtenmodell BAG BE EI en ea e 45 Abbildung 2 6 Netzwerk Topologten 47 Abbildung 2 7 Funktionsweise der CGI Schnittstelle 0 n0nnnnssssosseeseeseesseesesresseesseseessresse 52 Abbildung 2 8 Blockdiagramm eines Datenloggers nach Friedrichs 38 60 Abbildung 2 9 Schematischer Aufbau der Messstationen im Bayerischen agrarmeteorologischen Messnelz EN 12 A
181. isierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 119 Eigenschaften durch die M glichkeiten des relationalen Datenbanksystems implementierbar sind Damit wird die Offenheit des Systems gew hrleistet Die Datenbank wird als zentrales Element des Managementsystems verwendet denn auf sie kann auf Grund der konsequenten Client Server Architektur des verwendeten Datenbankmanagementsystems von beliebiger Stelle aus mit standardisierten Mitteln zugegriffen werden Als Entity Relationship Modell ERM l sst sich diese Datensicht am besten darstellen wenn komplex zusammenh ngende Entit ten und Relationen zusammengefasst werden Abbildung 5 11 zeigt das sp ter zu verfeinernde Datenmodell das eine Steuerung des Datenabrufes und der Pr fung der Daten durch frei angebundene Funktionen erlaubt Im oberen Bereich der Abbildung sind Beschrei bungsdaten zu finden in der Mitte die verschiedenen Stadien der Messdaten unten links der Bereich der Steuerungsdaten dem wiederum Beschreibungen und Meldungsdaten angeglie dert sind Die Relationen stellen einfache Verkn pfungen zwischen den einzelnen Entit ten dar und sind zur Sicherung der referentiellen Integrit t zu verwenden Die als ER Typ dargestellten Objekte sind zusammengefasste Entit ten und Relationen die komplexere geschlossene Zusammenh nge abbilden Konfigurations beschreibung gt lt bestimmt Kee Eigenschafts Standort beschreibung beschreibung lt erweite
182. it tskriterien Skalierbarkeit Erweiterbarkeit und Portierbarkeit bertragbarkeit Damit m ssen insgesamt 11 Kriterien untersucht werden Funktionserf llung Effizienz Zuverl ssigkeit Benutzbarkeit Sicherheit Interoperabilit t Erweiterbarkeit Wartbarkeit bertragbarkeit Wiederverwendbarkeit Standards Die Erf llung dieser Merkmale durch die Neuentwicklung soll wenn m glich quantitativ und in jedem Fall qualitativ beurteilt werden F r die quantitativen Aussagen sind relevante Testszenarien aufzustellen und statistisch abgesicherte Tests durchzuf hren Mittel und Verfahren f r die Entwicklung des offenen Datenmanagementsystems 93 4 Ausgew hlte Mittel und Verfahren f r die Entwicklung des offenen Datenmanagementsystems Eine Grundvoraussetzung zur Schaffung qualitativ hochwertiger Produkte ist eine wissen schaftliche Herangehensweise bei der Entwicklung und Wartung Ein geeignetes Hilfsmittel zur Realisierung der Zielstellung ist die Schaffung und Anwendung eines durchg ngigen Datenmodells als Grundlage f r eine modulare flexible L sung Werkzeuge zur Umsetzung dieses Modells liefert die moderne Software Technik Die in der vorliegenden Arbeit eingesetzten Mittel und Verfahren sowie die konkrete Infrastruktur f r die zuk nftige L sung werden im folgenden Kapitel vorgestellt Die Auswahl der Methoden sowie m gliche Alternativen werden zum Teil schon an dieser Stelle diskutiert Da von den Betreibern ein
183. it liegt der Schwerpunkt der Anwendung in der Datenmodellierung und der Funktionsmodellierung Die strukturierte Analyse SA stellt Mechanismen zur datengetriebenen und kalendergesteu erten Ausl sung von Prozessen Funktionen zur Verf gung Damit ist die SA f r die Modellierung der Reaktion auf externe oder zeitliche Ereignisse geeignet jedoch fehlt dabei eine Betrachtung des systeminternen Verhaltens der Applikation Dieses ist zwar nicht als kritisch zu betrachten doch beeinflusst das sogenannte Echtzeitverhalten bestimmte Abl ufe zur Einhaltung der bertragungsprotokolle und die F higkeit der Parallelverarbeitung Eine sofortige Aktivierung und Ausl sung eines Prozesses auf Grund intern erkannter Bedingun gen kann durch eine Real Time Erweiterung modelliert werden Daher wurde in der vorlie genden Arbeit die Real Time Analysis zur Schaffung der Modellgrundlage herangezogen denn sie schlie t strukturierte Analyse ein und erweitert dieses Modell um die Betrachtungen zu Systemzustand und dynamischem Verhalten Abbildung 4 8 zeigt welche Basiskonzepte zur Modellierung herangezogen werden konnten 102 Mittel und Verfahren f r die Entwicklung des offenen Datenmanagementsystems Real Time Analysis RT Strukturierte Brech Anal SA R MASSAN tabelle ET Ent m scheidungs b ume Datenfluss Data GE Pseudo Code Zustands diagramm Dictionary p automaten ER Legend
184. itert und vielf ltig eingesetzt worden wie Java 34 35 eine Entwicklung die im engen Zusam menhang mit der Globalisierung der Informationstechnik durch das Internet steht Diese Sprache orientiert sich an C ohne die in C C enthaltenen fehleranf lligen Bereiche zu bernehmen und ist konsequent objektorientiert und offen F r die Verbindung von Internet und Datenbanken unter Nutzung standardisierter Schnittstellen ist keine Programmiersprache geeigneter als Java Java besitzt einen schlanken Kern der durch eine automatische Speicherverwaltung F higkeiten zum Multi Threading Parallelverarbeitung und Sicher heitsfunktionen erweitert ist Eine Reihe von API Funktionen Application Programm Interface Anwendungsprogramm Schnittstellen erweitert diesen Kern Die API unterst tzen verteilte Anwendungen im Netz realisieren grafische Benutzerschnittstellen und die Erzeu gung von Softwarebauk sten zur Funktionserweiterung Java Beans oder stellen Anbin dungen zu einer Reihe von Datenbanken zur Verf gung Java Data Base Connectivity JDBC Sind die oben genannten Programmiersprachen fast ausschlie lich Compiler Sprachen so stellt Java diesbez glich eine Besonderheit dar Der Programmaquelltext wird erst zu einem Bytecode compiliert der dann in zweiter Instanz von einem speziellen Inter preter der Java Virtuell Machine JVM f r die konkrete Hardware bersetzt wird Diese Methode hat den Vorteil dass nur die JVM und nicht Comp
185. ittel bzw Summenwerte und Extrema f r P B Sondersensoren VLERR 5 Fehler Datenabruf A VLHO1 12 Stundenmittel bzw Summenwerte Standardsatz P B VLHO2 4 Stundenmittel bzw Summenwerte f r Sondersen P B soren VLMSG 11 Fehler Datenpr fung P VLMO1 12 Plausibilisierte 10 min Werte Standardsatz P B VLMO2 5 Plausibilisierte 10 min Werte Sondersensoren P B VLRO1 13 Rohdaten 10 min Werte Standardsatz AP VLRO2 4 Rohdaten 10 min Werte Sondersensoren AP VLSO1 13 Status Plausibilit tspr fung Standarddatensatz P F r die Gruppe der Messdaten wurden Optimierungsma nahmen f r die Datenorganisation n tig da pro Jahr ca 6 3 Mio Rohdatens tze mit 10 Messwerten plus Zeitstempel fast ebenso viele 10 Minutendatens tze 1 3 Mio Stundendatens tze und 44 000 Tagesdatens tze aufgezeichnet werden Alle Daten sollen in der Datenbank enthalten bleiben Die so erzeugte und st ndig wachsende Datenmenge muss bereits bei der Erstellung der Datenbank besonde re Beachtung finden Die Massendaten Tabellen werden jeweils mit einem Tabellen Index auf der Basis des Zeitstempels und der Messstationsnummer versehen Damit ist einerseits ein schneller Zugriff m glich andererseits wird die unerlaubte Redundanz von Tupeln verhindert Das verwendete Datenbankmanagementsystem bietet die M glichkeit partitio nierte Datasets zu erzeugen also Daten physikalisch in Bl cken abzulegen Grundlage daf r ist der Tabellen Index der im konkreten Fall
186. kelt wird Da Sockets normalerweise in Multitaskingumgebungen angesiedelt sind kann der Socket Server nachdem er eine Verbindung in einer Task oder innerhalb eines Threads bedient weitere Verbindungen annehmen Da die Sicherheitsrelevanz des Wetterdaten bertragungssystems nicht in den eigentlichen bertragenen Daten liegt und auch die Performance Anspr che nicht entscheidend durch die Menge der bertragenen Zeichen beeinflusst werden kann oberhalb dieser Protokollebene f r den eigentlichen Datenstrom innerhalb der Anwendungsschicht Ebene 7 des OSI Modells eine unverschl sselte und nicht komprimierte transparente Datenfern bertragung gew hlt werden Bekannte etablierte bertragungs Standards wie EDIFACT ADIS ADED oder auch CORBA sind von ihrem Inhalt her sehr m chtig besitzen jedoch f r diese Anwen dung einen viel zu gro en Informations Overhead und erfordern damit verbunden einen unverh ltnism ig gro en Implementierungsaufwand Um bereits gefundene oder in hnli chem Umfeld gebrauchte Ans tze zu verwenden st tzt sich das Protokoll auf ein offenes Protokoll zur bertragung agrarmeteorologischer Daten 97 und eine L sung f r ein Informationssystem zur Tierdatenerfassung mit verschiedenartigen dezentralen Erfassungs 154 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems stationen und zentraler Datenbank 16 http www hi tier de Die Datenstruktur des Applikationsprotokolls besteht grob b
187. ksichtigung von Ereignissen wurden die betreffenden Datenflussdiagramme um Kontrollfl sse erweitert Real Time Erweiterung Sie werden ebenso wie Datenfl sse durch benannte Pfeile dargestellt jedoch werden zur Unterscheidung gestrichelte Linien verwendet Kontrollfl sse k nnen nicht direkt auf Speicher wirken Sie k nnen jedoch an vertikalen Balken enden hinter denen sich eine Kontrollspezifikation verbirgt Diese kann durch eine Entscheidungstabelle Decision Table DT ein Zustandsdia gramm State Transition Diagramm STD oder eine Prozessaktivierungstabelle Process Activation Table PAT verfeinert werden So erweiterte Datenflussdiagramme werden als Flussdiagramme bezeichnet F r Implementierung einzelner Module Prozesse Methoden oder Funktionen wurden Programmablaufpl ne PAP als Hilfsmittel verwendet PAP sind auch f r die Darstellung und Modellierung allgemeiner Abl ufe geeignet Die Elemente des PAP zeigt Abbildung 4 6 Sa N fa d Terminator a J e EZ Wiederholungen wahr Ausdruck gt falsch e eG Sr 3 v SE ER ER Ausdruck a lt Auswahl gt weisu REN Li 3 Fall 1 Fall2 Fall 3 Y sonst e e Anweisung End y s y Algorith CR Anw 1 Anw 2 Anw 3 sen v Ausgabe Parameter Ende Schleife SE Sg Terminator N ev Abbildung 4 6 Programmablaufplan PAP 4 Beispiel zur Darstellung der Elemente Systemzus
188. ktionalit ten stufenweise realisierten und schrittweise Tests und Untersuchungen erm glichten Dabei durchlief das Programmsystem wdb Wetter Daten Bank folgende Hauptentwicklungsstufen e wdbl Realisierung der Modemverbindung zum Controller CW1 kumulierende Daten ablage in sequentiellen Dateien singlethread Programm e wdb2 Erweiterung um Datenbankverbindung lokale Datenbank mehrere serielle Schnittstellen werden bedient multithread Programm e wdb3 Verwendung eines fernen Datenbankservers Erweiterung um grafische Admi nistrator Bedienschnittstelle vollautomatischer und fehlertoleranter Betrieb Client Server Architektur Abbildung 5 23 zeigt die Struktur des Abrufprogramms wdb3 Der Thread 0 wird beim Programmstart aufgerufen und aktiviert die weiteren Threads Dabei wird Thread 1 als Administrator Bedienoberfl che immer gestartet und bleibt ber die gesamte Laufzeit aktiv Innerhalb des Thread 0 wird anhand der Steuertabellen und eventueller Administratoreinga ben ermittelt welche Aufgaben anstehen und dementsprechend durch Aktivierung der Threads 2 bis 4 reagiert Dabei wird Thread 2 das DF Modul Modemmodul so oft aktiviert wie serielle Schnittstellen mit angeschlossenen Modems zur Verf gung stehen Alle Instanzen von Thread 2 liefern die abgerufenen Messdaten in einen gemeinsamen Pufferspeicher der als verkettete Liste von Objekten mit last in first out LIFO Organisation aufgebaut ist Die Messdat
189. lationen zur Verkn pfung mit dem geografischen Messort Standort und den physikalischen Hinter gr nden der Messwerte Eigenschaften sind in der Abbildung nicht dargestellt sie m ssen aber im Modell ber cksichtigt werden z B zur Entscheidung ber Mittelwert oder Sum menbildung 130 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems _ EN Standard EEE Standard Deanna Standard Standard H1 lt Pr fung 1 1 10 Minuten L Zusammen gt 1 1 Stunden 124 gt 1 Tages Rohdatensatz FE fassung fassung und _ ut Datensatz er Datensatz Statistik Datensatz 0 k L MTkey o LC MTkey P L MTkey gt lt gt e gt e ML StatNr CL StatNr 2 CL StatNr fe N E a d HC TA200 _TA200 LH TA200aw LC TA020 L TA020 ee vi SE vi e H TA020 min Ten C T8005 Kee 3 E HC TS020 un H Ts0o20 N p T8005 max lt ermeit gt lt erweitert E S N i N H _TS050 W A TSO d HC RH200 LC RH200 amp ei WV250 z WV250 L wv250 A RAIN sum P P x S gt x i ers N GEN GE I _RAIN I RANm C GR000 LC GR000 L GR000 Wee gt KE Ken RAIN max L Lw100 U LW100 L Lw100 E A n gt a n S S n SE n T AF Sonder ag Br Sonder erte Sonder Sonder H 10 M
190. llung aufgef hrt Der berwiegende Teil dieser Messnetze bietet Schnittstellen zur Online Datenbereitstellung 64 Stand der Technik Tabelle 2 5 Beispiele internationaler agrar Jmeteorologischer Messnetze mit ffentlicher Informationsbereitstellung Name Ort Betreiber Ausstattung Datenbereitstellung SILO 99 Australien Niederschlag Freier Zugang Temperaturen Internet WWW Karten Tabellen National Climate Centre Bureau ungepr fte Daten beruhend auf of Meteorology Tageswerten Registrierter Zugang WWW FTP kostenpflichtig Archiv gepr fte Listen CoAgMet 27 74 Colorado ca 30 Messstationen Freier Zugang USA Internet dynamische Web Seiten Luft und Boden e Mail an spezielle Nutzer Collorado Climate Center temperaturen rel Luft Einwahl in Terminal Server feuchte Wind Sonnen strahlung Niederschlag Roh und zusammengefasste Daten Blattn sse Grafiken Plots Transpiration Reports CIMIS California Irrigation Ca 90 Stationen Internet Telnet Management System 102 Kalifornien USA Sonnenstrahlung Lufttem kostenlos mit Zugangskontrolle peratur und feuchte California Department of Water Bodentemperatur Windge Resources schwindigkeit und richtung Niederschlag NCARS Weather and Climate 14 Stationen Internet WWW Network 101 Nord Carolina Lufttemperatur und kostenlose Tagesdaten North Carolina Agricultural feuchte Bodentemperatur Research Service des SCO Niede
191. lt und eines Linkers der ver schiedene compilierte Programmmodule verbindet ein ausf hrbarer Programmcode erzeugt der auf dem Rechner gespeichert und jederzeit zur Abarbeitung aufgerufen werden kann Die zweite verbreitete Methode ist die Verwendung eines Interpreters der den Programmtext bei jedem Aufruf neu bersetzt und dann die Anweisungen zeilenweise ausf hrt Verbreitete prozedurale Sprachen sind C COBOL Common Business Oriented Language und FORTRAN Formula Translator Durch Richtlinien f r die Gestaltung des Programm ablaufes ergeben sich daraus strukturierte Programmiersprachen Dabei ist COBOL f r Gesch ftsanwendungen und damit auch datenintensive Programme FORTRAN cher f r die L sung mathematisch naturwissenschaftlicher Aufgaben geeignet C ist eine sehr universell einsetzbare Programmiersprache im technischen Bereich Sie besteht neben dem Sprachkern aus einer Reihe von Standard Bibliotheken die die Schnittstelle zu einer gro en Zahl von Betriebssystemen bilden Damit ist C f r die Realisierung offener Software besonders geeignet C stellt die Erweiterung von C um objektorientierte Bestandteile dar Es erwei tert die Bibliotheken um Klassenbibliotheken die wiederum die Arbeit mit den Schnittstellen 40 Stand der Technik zu Benutzer Rechnerkern Datenbanken Kommunikationssystem u v a vereinfachen und standardisieren In den letzten Jahren ist keine Programmiersprache in so kurzer Zeit entwickelt erwe
192. lt Verkn pfung gt lt Bedingunggsliste eine Abfragebedingung oder mit Semikolon und Verkn pfungsopera tor verbunden mehrere Abfragebe dingungen lt Bedingungselement gt lt Feldname gt lt Operator gt lt Ver gleichsliste gt lt Feldname gt BNR15 STATNR Feld je nach abzufragender Daten struktur lt Operator gt EQ GT gt IN Vergleichsoperator siehe Operator Liste Tabelle A 5 lt Vergleichsliste gt lt Feldinhalt gt lt Konstantenliste gt je nach Operator ein zwei oder mehrere Angaben mit Inhalt eines Feldes oder Konstanten lt Feldinhalt gt lt Feldname gt z B BNR15 Feldname einer Tabellenspalte in eckigen Klammern Die Klammer sind n tig um einen Spalteninhalt von einer String Konstanten unterscheiden zu k nnen lt Konstantenliste gt lt Konstante gt lt Konstante gt ein bzw mehrere Semikolon getrennte Konstanten lt Konstante gt lt Zahl gt lt String gt Typ der Konstante muss dem Typ lt Datum gt lt Zeit gt lt Timestamp gt des zu vergleichenden Feldes entsprechen lt Zahl gt z B 100 oder 123 78 oder 1 Zahl mit Ziffern Vorzeichen und Dezimalpunkt lt String gt z B Meier Text ohne jegliche Hochkommas Sonderzeichen sind hex quoted lt Datum gt T M J Deutsches Format mit T 1 oder 01 31 M 1 oder 01 12 J 1 oder 01 99 bzw 1900 2100 lt Zeit gt H N S Deutsches Format mit H 0 23 N
193. m Die folgenden Untersuchungen wurden in den ersten Monaten des Produktionsbetriebes durchgef hrt Das wichtigste Kriterium zur Beurteilung des gesamten Datenabrufsystems ist seine Zuverl ssigkeit im automatisierten Betrieb Ein Ma f r die Zuverl ssigkeit der Hard und Software inklusive der Datenlogger und Stationscontroller ist die Anzahl der t glich in die Datenbank eingetragenen Datens tze im Verh ltnis zu den Sollwerten Bei einem Messtakt von 10 Minuten k nnen t glich 144 Datens tze bertragen werden Aufgrund einer m glichen leichten Gangabweichung der Echtzeituhr des Datenloggers kann pro Tag ein Datensatz mehr oder weniger geliefert werden In Abbildung 5 28 ist der prozentuale Anteil der vollst ndig eingetragenen Datens tze f r den Zeitraum von Februar 1995 bis Dezember 1999 ber die Zeit als Monatsdurchschnittswert dargestellt Der entsprechend der Aufgaben stellung angestrebte ideale Wert von 100 bedeutet dass alle am Messnetz partizipierten Stationen an allen Tagen im Monat mindestens 143 Datens tze geliefert haben Der linke Bereich zeigt den mittleren Jahresverlauf der Anteile wobei eine monatliche Zusammenfas sung mit der Schwankungsbreite ber die betrachteten Jahre vorgenommen wurde Es zeigt sich dass innerhalb aller Jahre in den Monaten April bis Juli die Erfolgsquote etwas geringer ausf llt und die Schwankungsbreite h her liegt als in den anderen Monaten Eine Erkl rung dazu ist m glich wenn der gesamte B
194. mationstechnischer M glichkeiten Das Ziel der Arbeit soll daher die Realisierung eines flexiblen Systems zur Schaffung einer aktuellen zuverl ssigen und aussagef higen agrarmeteorologischen Datenbasis und zum verteilten Zugriff auf diese Datenbasis sein Das System soll aus informationstechnischer Sicht ein offenes System sein das allgemeing ltig auf Grund der bertragbarkeit und Erweiterbarkeit ist Das bayerische agrarmeteorologische Messnetz soll als exemplarisches Beispiel f r die Entwicklung und berpr fung eines solchen offenen Datenmanagementsys tems f r agrarmeteorologische Messdaten dienen 86 Problem und Zielstellun 3 1 Problemanalyse der bestehenden L sung Die Errichtung vieler technischer Anlagen die nicht vordergr ndig gewinnbringend arbeiten k nnen so auch der meisten Messnetze erfolgt unter Kostendruck und mit der Auflage vorhandene personelle und technische Ressourcen zu nutzen Damit kann aber gleichzeitig der Spielraum zur Schaffung weitsichtiger L sungen eingeengt werden Im Rahmen der Errichtung des Bayerischen agrarmeteorologischen Messnetzes wurde versucht eine m g lichst einheitliche Struktur bezogen auf die einzelnen Messorte zu schaffen Au erdem sollte m glichst viel vorhandenes Wissen und vorhandene Arbeitskraft einsetzbar sein Damit wurde zwar f r den Start eine optimale L sung geschaffen jedoch wurden auf Grund des hohen Innovationsdruckes auf dem Gebiet der Informationstechnologie bald
195. men zur teilfl chenbezo genen Feldwirtschaft Precision Farming sind aktuelle regionale agrarmeteorologische Messdaten eine wichtige Basisinformation Der Anwender dieser Informationen benutzt f r deren Aufbereitung eine unterschiedlich aufwendige und moderne Infrastruktur Der Zugriff auf die Wetterdaten muss ebenso wie der Zugriff auf andere Daten transparent und objektbe zogen ohne besondere Kenntnisse der physikalischen Struktur der Datenerfassung haltung und verbreitung erfolgen Dieses Problem des Datenzugriffs sowie der Sicherstellung der Aktualit t und Vollst ndigkeit der Basisdaten ist bisher nicht zufriedenstellend gel st Das System das dem Anwender einen transparenten Datenzugriff erm glicht muss intern flexibel sein um an ver nderte technische Randbedingungen angepasst werden zu k nnen Der Benutzer selbst soll jedoch von diesen nderungen unbeeinflusst bleiben F r die Nutzung der Daten m ssen ihm einfache Mittel zur Visualisierung und Auswahl geboten werden ebenso sollen Entwickler von spezieller Anwendersoftware durch exakt definierte Schnittstellen die M glichkeit haben flexibel auf die Daten zuzugreifen Generell gib es viele M glichkeiten zur Realisierungen von Systemen zur Erfassung und Bereitstellung von Informationen aus gro en Datenbasen F r agrarmeteorologische Mess daten gibt es jedoch keine allgemeine Methode zur Realisierung eines flexiblen Datenmana gementsystems unter Nutzung moderner infor
196. menen Prototypen werden neue Prototypen ohne die bekannt gewordenen Probleme und evtl mit erweiterter Funktionalit t und letztendlich das Zielsys tem erstellt Der Prototyp fungiert als Funktionsmuster um das Prinzip zu best tigen Die Feinheiten werden erst im Zielsystem realisiert Bei der Softwareentwicklung haben heute drei Ans tze besondere Bedeutung die sich direkt in der resultierenden Programmiermethode wiederspiegeln modulare strukturierte objektorientierte und regelbasierende Methoden Die weit verbreitete Technik der struktu rierten Programmierung zerlegt die Aufgabe in Module die auf ebenso thematisch zusam mengefasste Daten zugreifen Dabei bleiben Daten und Programmteile unabh ngig vonein ander die Daten k nnen einerseits nur f r bestimmte Programmteile verf gbar sein oder auch global also f r ein gesamtes Softwaresystem uneingeschr nkt benutzbar sein Diese Programmiertechnik besitzt weiteste Verbreitung ist auf einer Vielzahl von Plattformen sowie Programmiersprachen z B C Pascal FORTRAN verf gbar und sehr effizient Der entstehende Programmcode kann bez glich der Programmlaufzeit oder des Speicherbedarfes optimiert werden Immer gr ere Verbreitung insbesondere f r gro e komplexe Softwareprojekte die meist eng mit ergonomischen Bedienoberfl chen verbunden sind gewinnt der objektorientierte Ansatz der sich bis in die verwendeten Werkzeuge Programmiersprachen und Betriebssys temschnittstellen
197. mit geringen Anpassungen einzusetzen Durch den Entwurf als offenes System und der Realisierung als eine Client Server Architektur kann eine Adaption des Datenmanagementsystems f r das Bayerische agrarme teorologische Messnetz an hnliche Aufgaben vorgenommen werden Literatur 189 9 Literatur 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 American National Standards Institute Information Technology Database Languages SQL Part3 Call Level Interface SQOL CL 1995 Auernhammer H M Demmel T Muhr J Rottmeier und K Wild Rechnergest tzte Ertragsermittlung f r eine umweltschonende D ngung In Ackerbau unter ver nderten Bedingungen neue Techniken zur Kosteneinsparung Freising Landtechnik Weihenstephan 1994 S 196 Babiak U Effektive Suche im Internet Cambridge O Reilly 1998 194 S Balzert H Lehrbuch der Software Technik Heidelberg Spektrum Akad Verlag 1996 1009 S Bergermeier J und J Haimerl Das Netz der agrarmeteorologischen Messstationen in Bayern Stand und Entwicklung In Vortr ge zur Jahrestagung 1989 Freising Landtechnik Weihenstephan 1989 S 39 46 Bergold M Modellm ige Interpolation der Witterungsdaten im Gel nde f r den Einsatz in pflanzenbaulich phytopathologischen Beratungssystemen Dissertation Deutscher Wetterdienst Agrarmeteorologische Beratungs und Forschungsstelle Weihenstephan 1993 193 S B
198. mperaturmes sung verwendet werden m ssen dagegen mehrere Minuten Ansprechzeit hingenommen werden Die eingesetzten Wind oder Strahlungssensoren haben Ansprechzeiten von wenigen Sekunden und sind aus dynamischer Sicht unproblematisch Bei der Niederschlagsmessung gibt es neben Problemen der realistischen Aufzeichnung der Dynamik z B bei eisf rmigen Niederschl gen vgl Kap 2 2 auch noch eine Reihe weiterer messwertverf lschender Einfl sse 131 Entscheidend f r die Auswahl der Sensoren bez glich ihrer Dynamik und die Festlegung der Abtastzeit sind jedoch die Forderungen der Datenanwendungen 6 Als Abtastzeiten haben sich 10 Minuten 149 bis 30 Minuten als g nstig erwiesen Um die zuf lligen Messfehler gering zu halten werden laufend Mittelwerte aus einer Vielzahl von Einzelmesswerten gebildet Anders verh lt es sich bei der Aufzeichnung der Niederschlagsmenge Bei Regen werden die Niederschlagsmengen innerhalb der Abtastperiode aufsummiert Die digitale elektronische Aufzeichnung der Daten erfolgt mit einem speziellen mikroprozes sorgesteuerten Messsystem Datenlogger 127 Dieser Spezialfall eines Prozessrechners 33 ist f r die Erfassung und Speicherung einer Reihe von Prozesssignalen hier den Messdaten ausgelegt Dazu vereinigt der Datenlogger Verst rker zur Anpassung der analogen Sensorausgangssignale Signalmultiplexer zur Eingangssignalumschaltung und Analog Digitalwandler 126 130 mit einer hochgenauen Uhr Kurz
199. n bertragungen mit einer beliebigen Anzahl von Datens tzen im Bezug auf alle theoretisch m glichen Daten bertragungen dargestellt In diese Gr e flie en vollst ndige Lieferungen Teillieferungen und Nachlieferungen ein Anteil der p nktlich ausgef hrten vollst ndigen Anteil aller p nktlich ausgef hrten Daten bertragungen Daten bertragungen 100 0 99 0 100 0 99 0 98 0 97 0 96 0 95 0 94 0 93 0 92 0 91 0 90 0 89 0 88 0 98 0 97 2 97 0 96 0 95 0 94 5 94 0 93 0 92 0 91 0 90 0 89 0 88 0 1996 1997 1998 1999 Mittelwert 1996 1997 1998 1999 Mittelwert 89 8 88 7 Abbildung 5 30 Anteile der termingerecht stattgefundenen Datenfern bertragungen zwi schen Messstationen und Abrufsystem im Zeitraum von 1996 1999 Aus Abbildung 5 28 rechts und Abbildung 5 30 links kann geschlossen werden dass ca 6 der vollst ndigen Datens tze erst durch Nachlieferungen zustande gekommen sind aus Abbildung 5 29 rechts und Abbildung 5 30 rechts dass im Mittel ca 4 aller Datenliefe rungen Nachlieferungen sind Damit wird die Notwendigkeit des Zwischenpuffers und von automatisch gesteuerten Abrufwiederholungen im Fehlerfall wie sie im Datenabfragesystem implementiert sind unterstrichen Die Stabilit t des Datenabrufsystems wird durch die Robustheit der Abr
200. n Agrarmeteorologen Pflanzenbauspezialisten Landtechnikern und dem Hersteller 140 Sie stellt einen Kom 70 Stand der Technik promiss zwischen messtechnischen und konomischen Anforderungen dar Nur die wirklich f r die Nitrat Modellierung und Beratungssysteme im Pflanzenschutz ben tigten klimati schen Gr en werden erfasst 2 4 1 1 Messwertgeber Sensoren An jeder eingesetzten Station werden Lufttemperaturen in 2 m und 20 cm H he ber dem Boden Bodentemperaturen in ungest rten Bodenprofilen in 5 cm und 20 cm Tiefe mit Platin Widerstandsthermometern Typ PT100 DIN3 DIN 43760 gemessen Zur Verringe rung des Strahlungseinflusses werden die Lufttemperatursensoren aktiv bel ftet d h die Umgebungsluft wird mit einer Str mungsgeschwindigkeit von ca 1 m s an ihnen vorbeige leitet Die relative Luftfeuchte wird in 2 m H he mit einer Haarharfe die die feuchteabh n gige L ngsausdehnung von Haaren in eine Widerstands nderung umwandelt erfasst Die Windgeschwindigkeit wird in 2 5 m H he mit einem kleinen Schalenstern Anemometer mit tachodynamischem Drehzahlmesser ermittelt Zur Messung der Globalstrahlung zu der normalerweise teure thermoelektrische Sensoren z B Sternpyranometer verwendet werden wird ein wesentlich kosteng nstigeres Silizium Photoelement verwendet dessen Kennlinie in dem f r den pflanzenbaulich relevanten Strahlungsbereich linearisierbar ist Eine Voraus setzung f r die Verwendung dieses Strahlungssen
201. n aus dem gesamten WWW 75 121 e HTML Die wiederum weitgehend standardisierte Beschreibungssprache dieser Dokumente nennt sich HTML HyperText Markup Language Dokumente in dieser Sprache k nnen zum einen direkt programmiert werden also mit einem Texteditor und Einf gen besonderer reservierter Textfragmente sogenannter Token f r die Gestaltungselemente Zum anderen gibt es eine Reihe von HTML Editiersystemen z B HotMetal http www hotmetalpro com products oder Microsoft Frontpage http www microsoft com frontpage die realisiert durch ausgefeilte grafische Benutzeroberfl chen ebenso komfortabel wie Office Textsysteme die Gestaltung von Web Seiten und die Verwaltung von Web Servern hnlich einem Buch erlauben und somit f r Nutzer ohne jegliche Programmierkenntnisse zug nglich machen Ein Nachteil des Internets als Informationsquelle ist die strukturfreie und nichtindizierte Ablage der Dokumente die ein gezieltes Navigieren in diesem unendlich gro em Medium erschweren 07 1999 ca 56 Millionen vergebene Adressen und mehr als 4 Millionen Stand der Technik 51 Registrierungen im kommerziellen Bereich com net und org 32 Abhilfe schaffen Suchmaschinen 3 die automatisch das Internet nach Informationsquellen durchsuchen und Datenbanken mit verschiedenen Abfragem glichkeiten bereitstellen Mit dem Internet steht also ein m chtiges allgemein zug ngliches Medium zur Informationsverbreitung und damit dem Datenaustaus
202. n im automatischen Betrieb nicht notwendig ist In den Bereichen Stamm datenerfassung System berwachung und Datennutzung findet ein Informationsaustausch zwischen Benutzern Betreiber und Kunden und Datenmanagementsystem statt vgl Tabelle 5 1 Ein Organigramm zur Verdeutlichung von Prozessabl ufen kann eine Hilfe zur Deckung des Bedarfs einzelner Organisationseinheiten an zus tzlichen Informationen ber Status und Ablauf des Datenabruf oder Bereitstellungsprozesses sein Der Messnetzbetreiber ben tigt solche Informationen zur Vermeidung von Datenverlusten und Verhinderung von Fehlinformation der Anwender Das Organigramm Abbildung 5 10 stellt die Verkn pfung zwischen den Organisationseinheiten auf Grund der Weisungsbefugnis besser ausgedr ckt der Auftragserteilung dar und stellt entsprechend der Organisationsstruktur der Landwirt schaftsverwaltung und der von ihr beauftragten Fremdunternehmen eine funktionale Sicht dar Querverbindungen auf der gleichen Hierarchieebene wie der Administration des Stationsbetreibers sind zur Vereinfachung des Verwaltungsablaufes zul ssig 118 Realisierung und Uberpr fung des offenen Datenmanagementsystems Leitung N _ BaystMELF Betreiber eg SE N Informations 5 LBP d SE Technik a Tele N E Wartun D eer Software uN ei Web N lt Rechen N e C web N kommunikation 9 J 1 ER N Wartung Design zentrum Administration
203. nder als Client mit seinem PC per Modem direkt auf den Server des Datenanbieters zugreift Bulletin Board System BBS vgl Kap 2 1 2 2 Solche Systeme werden zwar noch oft f r Datenbereitstellungen an autorisierte Nutzerkreise verwendet stellen aber aus verschiedenen Gr nden eine ung nstige L sung dar Der Betreiber muss entsprechend der erwarteten gleichzeitigen Nutzungen ausreichend viele Zug nge bereitstellen Die Systeme sind nicht stark verbreitet und haben daher keine allgemein bekannte Benutzerf hrung Die Technologie ist durch die M glichkeiten und die weite Verbreitung des Internet und WWW in vielen Kriterien berholt 138 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems F r die Datenbereitstellung im Internet gibt es eine Reihe von M glichkeiten die durch die oben genannten Anforderungen f r den Datenzugriff auf interaktive variable Systeme mit verbreiteter grafischer Benutzerschnittstelle eingeschr nkt werden Als technische Grundlage und damit Basis f r die strukturelle Gestaltung der Benutzerschnittstelle kann der WWW Browser ohne plattformabh ngige Zusatzelemente festgelegt werden Dann wird die konkrete Dialog Schnittstelle zum Witterungsdatenabruf in Form vom HTML Seiten mit Formatele menten realisiert dynamische WWW Seiten Zur Erzeugung der Antwort auf die ber das Formular gestellte Anfrage gibt es mehrere Alternativen von denen Folgende am weitesten verbreitet sind
204. nderung Ausstattungsver nderung so ergibt sich noch ein weiterer Freiheitsgrad Daher muss f r den Benutzerdialog eine dynamisch anpassbare Eingabeschnittstelle und ein dynamischer Katalog der Eigenschaften also eine aktuelle Stationsinformation zur Verf gung gestellt werden Beim Datenauswahlwunsch sind zwei Wege zu verfolgen zum einen die Bereitstellung einer aktuellen Datenzusammenfassung die m glichst vielen Informationsw nschen gerecht wird und die oben geschilderte flexible Auswahlm glichkeit aus allen vorhandenen Daten Die Aktualisierung der stationsabh ngigen Informationen dagegen braucht nur dann vollzogen werden wenn auch wirklich Ver nderungen an Stationen durchgef hrt wurden Vor dem Ausl sen dieser Aktion sind nur dem Betreiber bekannte Informationen in die Datenbank zu laden daher ist es sinnvoll auch die Aufgabe der Aktualisierung der Benutzerschnittstelle dem Betreiber zu berlassen Ein weiteres Kriterium bei der Gestaltung der Benutzerschnittstelle ist deren Erscheinungs bild Auch an dieser Stelle k nnen Anpassungen gefordert werden und m ssen ohne struktu relle nderungen im Datenmanagementsystem realisierbar sein F r das Informations Bereitstellungssystem ergibt sich damit ein Prozesskettenmodell das ausgel st durch 4 Ereignisse verschiedene Ergebnisse in Form von Eingabemasken und verschieden forma tierten Ausgabelisten zur Anwenderschnittstelle liefert Abbildung 5 4 Realisierung und ber
205. ne Berechnung erzeugte weitere Kanalbelegungen und Speichergr e die Messdaten einiger Stunden bis zu mehreren Monaten gespeichert werden Waren noch vor wenigen Jahren ca 48 Stunden Datenspeicher Kapazit t blich 81 so sind heute vier Wochen keine Seltenheit mehr 38 In dem Speicher des Datenloggers liegen die Daten meist in kompakter bin rer Form vor Normalerweise findet eine Gruppierung in Datens tze statt in der jeweils ein Zeitstempel und die zugeh rigen Messdaten zusammengefasst werden In lteren Modellen kann zur Einsparung von Speicherplatz aber auch nur ein exakter Zeitpunkt z B der letzten erfolgten Messung und das Messzeitintervall abgelegt sein und mit den Messwertgruppen wird ein laufender Index gespeichert Organisiert sind die Speicher meist als sogenannte Ringspeicher oder FIFO Speicher 128 129 in denen fortlaufend Datens tze eingetragen werden und wenn der Speicherbereich ausgesch pft ist der jeweils lteste Datensatz berschrieben wird Die Ausgabe der Daten erfolgt satzweise mit Hilfe von Zeigern d h Speicherzellen in denen sich der Datenlogger die Position des letzten ausgegebenen Datensatzes merkt Je nach System wird eine unterschiedliche Anzahl solcher Zeiger verwaltet bei manchen Systemen Stand der Technik 59 ist auch die Ausgabe des gesamten Ringspeichers m glich Nur selten kann auf einen frei w hlbaren Datenausschnitt gezielt zugegriffen werden Die Datenausgabe kann zum einen offlin
206. ng Unit CPU Haupt und Massenspeicher Eingabe Tastatur Maus etc und Ausgabeger te Bildschirm Drucker Lautsprecher etc sowie Daten bertragungseinrichtungen Auch die Einrichtungen zur Energieversorgung Ger testeuerung und Bedienung z hlen dazu In Erg nzung der Hard ware besitzen die meisten Rechensysteme noch Firmware Komponenten die die spezielle Anpassung von Massenprodukten wie Prozessoren und Speichersystemen an das spezielle System realisieren Rechensysteme werden entsprechend ihrer Gr e und Anwendungsberei che in Gro rechner Mainframe Workstations Personalcomputer PC und Prozessrechner unterschieden Dabei sind verschiedene Varianten m glich z B Minicomputer oder Server PC als leistungsf hige Rechen und Speichereinheiten mit keinem oder geringem Grafikkom fort oder Prozessrechner zur Produktionsstra ensteuerung realisiert auf der Basis spezieller Workstations und Prozessrechner zur Haushaltsger testeuerung als Einplatinencomputer Im Rahmen der Realisierung des Managementsystems f r agrarmeteorologische Messdaten spielen Prozessrechner eine Rolle als Datensammler vor Ort Gro rechner die Rolle umfang reicher Datenbankserver und PC die Hauptrolle als kosteng nstige flexible leicht zu vernetzende Standardger te Als Betriebssystem BS Operating System OS werden die Programme eines Rechensys tems bezeichnet die die Programmausf hrung steuern und dabei die Verteilung der Be triebsmittel Ressou
207. ng der Daten sich auf dieses Gebiet beschr nkt Diese L sung wird besonders in Sonderkultur oder Gartenbaubetrieben mit Intensivbewirtschaftung genutzt bei denen auf relativ kleinem Raum Daten zu erfassen sind und zus tzlich zum landwirtschaftlichen Betrieb auch noch Forschungseinrichtungen an den Klimadaten interessiert sind 71 Dabei treten zum einen Kostenfragen zum anderen fachliche Anspr che an die Quantit t und Qualit t der Daten als Problemfaktoren auf Je nach Anwendungszweck kann eine Aufzeich nungstiefe also die Speicherung von Daten aus der Vergangenheit von einigen Tagen bis m glichst vielen Jahren von Interesse sein Sobald eine gro e Aufzeichnungstiefe gew nscht wird empfiehlt es sich die Daten in einer Datenbank zu organisieren um nach erfolgter Aufzeichnung den Zugriff auf bestimmte Daten zu optimieren F r wissenschaftliche klimatologische oder statistische Betrachtungen kann au erdem noch das Datenerfassungs gebiet erweitert werden und mehrere Messstationen und Teilgebiete zusammengefasst werden Wichtigste Voraussetzung f r die weiterf hrende Nutzung der Daten ist ihre Zuverl ssigkeit und Vergleichbarkeit Damit er ffnet sich die Frage nach den Organisations formen der Verantwortung f r die Wetterdatenbasis und dem damit verbundenen Aufwand Das Ergebnis fl chendeckender Erfassungseinrichtungen k nnen Messnetze mit zentralen oder verteilten Datenbanken sein auf die Daten kann online direkt auf die Messst
208. ng des konkreten offenen Informations Erfassungs und Bereitstellungssystems f r agrarmeteorologische Messdaten als Teilaspekt offener Informati onssysteme in der Agrarwirtschaft vorgenommen werden 3 2 1 Qualit tsmerkmale F r die Beurteilung von Softwaresystemen haben sich in den letzten Jahren einheitliche Bewertungskriterien herauskristallisiert die in der vorliegenden Arbeit f r die berpr fung des verbesserten Datenmanagementsystems im bayerischen agrarmeteorologischen Messnetz angewendet werden sollen Abbildung 3 1 Funktionserf llung Hardware Nutzung Effizienz SW Performance Qualit tsmerkmale aus Benutzersicht Zuverl ssigkeit Robustheit Benutzbarkeit Fehlertoleranz N Sicherheit Erweiterbarkeit Ss nderbarkeit SS Sg Wartbarkeit lt Verst ndlichkeit Qualit tsmerkmale GE Sg Wiederverwendbarkeit Abbildung 3 1 Software Qualit tsmerkmale 4 113 hinterlegte Merkmale sind gleichzeitig Kriterien offener Systeme 92 Problem und Zielstellun Da das Ziel der vorliegenden Arbeit die Schaffung eines offenen Systems ist muss au erdem die Einhaltung der Kriterien offener Systeme Interopabilit t Portierbarkeit Einhaltung oder Schaffung von Standards und Skalierbarkeit berpr ft werden Zwei dieser Kriterien sind gleichzeitig allgemeine Softwarequal
209. ngen tiefgreifender Ver nderungen der Informati onstechnologie Die deutliche Verbesserung der Funktionalit t und Zuverl ssigkeit des Gesamtsystems h tte f r einen kurzen Zeitraum sicher auch durch die Realisierung als geschlossenes System erreicht werden k nnen Doch h tten Technologiespr nge und die st ndige Erneuerung der Systemsoftware nach kurzer Zeit die weitere Nutzbarkeit der speziell entwickelten Software entweder wieder erheblich eingeschr nkt oder v llig verhin dert Als Beispiel sei das Aussterben von dem vor 8 Jahren noch als Zukunftstechnologie eingesch tztem Datennetzdienst Btx genannt Im Gegensatz dazu ist die vor 10 Jahren noch haupts chlich im milit rischen und wissenschaftlichen Bereich eingesetzte offene Internet technologie heute die am weitesten verbreitete Netzwerktechnologie und hat die meisten konkurrierenden Systeme verdr ngt Messstationen und Datenlogger arbeiten bei regelm iger Wartung etwa 10 Jahre qualit ts gerecht und wirtschaftlich Sie besitzen mit geringem Aufwand adaptierbare Schnittstellen die an beliebige Rechensysteme angeschlossen werden k nnen Die Abschreibungszeiten f r Rechenanlagen und PC liegen dagegen bei 3 Jahren ihre technologisch bedingte optimale Einsatzzeit ist im allgemeinen noch k rzer Die Anwendungssoftware darf durch diese Widerspr che in der Einsatzdauer verschiedener informationstechnischer Komponenten nur minimal beeinflusst werden Am Beispiel des Datenmanageme
210. ngskarten agmmap2 gt agm_obb htmi Stationsliste geordnet nach Verwaltung agmlkr Stationsliste geordnet nach Stationsnummern agmsnr Stationsinformationen wHH info Alte Datenseiten l schen daten s Formulare agmmap1 htf gt agm_start html agmmap htf gt agm_rgbz htmil agmabruf htf agmdaten htf agminfo htf agmlkr htf agmsnr htf Java Server Administration s Logfiles noch nicht implementiert batch client nutzen PXS CONTROSEOGELE s Shutdown noch nicht implementiert batch client nutzen BALIS online 1999 Ansprechpartner Betreiber Bayerische Landesanstalt f r Bodenkultur und Pflanzenbau WW Kerscher Tel 08917800 235 E mail NWalter Kerscher amp lbp bayern de Technische Realisierung Landtechnik Yeihenstephan Georg Fr hlich StMELF Landwirtschaft Pflanzenbau Wr http www stmelf bayern de Ibp agm admin agmmap02 htm SSES Se EHRE L Abbildung C 6 Auswahlmen zur Administration der Benutzerschnittstelle Anhang C Aufbau der grafischen Benutzerschnittstelle 219 SZ Wetterdaten Abruf Kalibrieren 2 Netscape Eile Edit View Go Communicator Help Administrator AGM WWW Regions Wetterkarten zum Kalibrieren Suchen Sie 2 markante Standorte und notieren Sie x und y Koordinate Benutzen Sie zwei m glichst weit entfernte Punkte 1 Station Nr f8 bes vi fasa 2 Station ol va ok Entf SN
211. nicht in direkte Empfehlungen oder Steuergr en zur Prozessbeeinflussung umgesetzt werden kann So k nnte in Zukunft ein agrarmeteorlogisches Messnetz aus informationstechnischer Sicht aus automatischen Messstationen bestehen deren Datenlogger ber Mobilfunk mit dem Internet verbunden sind Sie kommunizieren mit Hilfe eines offenen Protokolls z B dem Meteo Protokoll ber Apyplikationsserver mit der zentralen Datenbank eines Agrar Informations Anbieters Auf diesen Informationsserver greifen auf dem gleichen Weg Expertensysteme zu deren Entscheidungen als praktische Hilfestellung f r den Agrarprodu zenten im WWW abrufbar sind Zusammenfassung 187 8 Zusammenfassung Wetter und Klima in der N he des Pflanzenbestandes spielen in der Landwirtschaft eine wichtige Rolle Ihre Auswirkungen auf Pflanzenwachstum und Wechselwirkungen mit der Umwelt haben Einfluss auf Pflanzenschutz Pflanzenern hrung und Bewirtschaftung Elektronische landwirtschaftliche Entscheidungshilfe und Informationssysteme ben tigen daher f r pflanzenbauliche Empfehlungen regionale aktuelle und gesicherte meteorologische Messdaten aus dem Pflanzenbestand Auf Grund der hohen Anschaffungs und Betriebskosten pr ziser meteorologischer Messan lagen wurden Messnetze mit Messpunkten an relevanten Referenzstandorten zur Datenerhe bung errichtet Die Daten werden nach der dezentralen Erfassung in zentralen Datenbanken gespeichert und einer gro en Gruppe von Anwende
212. nobjekte entsprechend des Data Dictionary Aktion Retrieve als Parameter f r ein auszuf hrendes Datenbank Abfragekommando Select vergl HIT Query Language http www HI Tier de Entwicklung Konzept HITP feink041 html HIT QL Die m glichen Feldnamen Attribute f r die Kommandos sind in Tabelle A 3 ersichtlich Bei Datenbank Abfrage Retrieve ist die Meldung identisch mit der Entit t und die m gli chen Felder entsprechen den Namen der Attribute der Datenbank Relationen Tabellenspal Anhang A Meteo Protokoll 201 ten In der Datenliste werden SQL Query Elemente wie Bedingungen und Sortierungen angegeben Tabelle A 4 Die Antworten beginnen ebenfalls mit einer eindeutigen Kennung der fortlaufenden Num mer zur Zuordnung zur gleichlautenden Anfrage mit einer Unternummer zur Spezifikation von Antworten auf zusammengesetzte Anfragen und evtl einer innerhalb der Antwort fortlaufenden Nummer f r mehrteilige Antworten Es schlie t sich ein Resultats Code an der die Schwere des m glicherweise aufgetretenen Fehlers Skala 0 fehlerfrei bis 4 sofortiger Abbruch n tig und einen Fehlercode angibt Eine Ausnahme bilden Antwortfel der bei denen der Fehlercode O durch 1 ersetzt wird Dann folgt analog zur Anfrage die Beschreibung der Objekte auf die sich die Antwort bezieht und der eigentliche Antworttext der in Fehlerfall auch ein Hinweis in Klartext sein kann Somit ergeben sich zwei grundle gende Arten von Antworten
213. nten verwen det 92 2 1 1 4 Datenbanken Die Ablage von Daten in Informationssystemen kann auf unterschiedliche Weise erfolgen Das zu verwendende Ablagesystem richtet sich nach Inhalt und Struktur Menge und M chtigkeit der einzelnen Elemente sowie der Art der Verkn pfungen zwischen den Elementen und den Forderungen zum Zugriff auf die aufzubewahrenden Daten Tabelle 2 1 Nachdem in den 80er Jahren die effiziente Programmierung durch Optimierung von Pro grammlaufzeit und Speicherbedarf gro e Bedeutung besa hat sich heute auf Grund der wesentlich leistungsf higeren und kosteng nstigen Hardware die Betrachtungsweise hin zu den zugrunde liegenden Daten und Beziehungsstrukturen verlagert Tabelle 2 1 Kriterien f r die elektronische Ablage von Daten Inhalt und Struktur verschiedene numerische Daten Text Einzelwort Zeile Massentext Landessprache multimediale Objekte Grafik Bild Audio oder Videosequenz Menge M chtigkeit abz hlbare Massendaten und Dynamik homogene vielgestaltige Daten Anzahl und Inhalt der Datens tze relativ gleichbleibend wachsend laufend ver ndert Zeitreihen Verkn pfung unidirektional bidirektional Baum Netz Datenzugriff sequentiell selektiv Einzelbenutzer viele gleichzeitige Benutzer gleichzeitig ausschlie lich lesen lesen und schreiben ndern Performance Zugriffszeit Datensicherheit Integrit t Datenschutz verschiedene Sichtwei
214. ntsystems f r das bayerische agrarmeteorologische Netzwerk wurde gezeigt das zur Schaffung eines stabilen flexiblen und best ndigen Informationssystems die Realisierung als offenes System sinnvoll und m glich ist auch wenn nicht alle Komponenten und Schnittstellen vom Ansatz her standardisiert sind Tabelle 6 1 zeigt eine bersicht ber die im Datenmanagementsystem f r das bayerische agrarmeteo 174 Diskussion der Ergebnisse rologische Messnetz eingesetzten informationstechnischen Komponenten sowie deren Besonderheiten und Ursprung Die hinterlegten Felder heben die Eigenentwicklungen im Rahmen der vorliegenden Arbeit hervor Tabelle 6 1 bersicht ber die Komponenten des Datenmanagementsystems Komponente Basis Hard und Software Herkunft Schnittstellen Standards Herkunft Besonderheiten Datenlogger Lambrecht FMA86 handels blich Herstellerspezifisches Protokoll RS232C Stationscontroller CW1 TI Microcontroller RS232C Entwicklung der Land mit Modem Eigenentwicklung herstellerspezifische technik Weihenstephan internes ke Unimodem Protokolle handels blich Assemblersprache Datenabfrage IBM PC OS 2 Industrie herstellerspezifisches modulare Eigenentwick system standard handels blich Protokoll lung des Autors mit Standardmodem RS232C handels blich und AT Modembefehle Datenbankanbindung Programmiersprache C handels blich embedded SQL Datenbank IBM G
215. nung der Verdunstung oder Modellierung des Feuchtegehaltes herangezogen werden zum anderen zur Erfassung der W rmeeigenschaften des Bodens oder von Bodenfr sten 29 Mit Hilfe von Bodentemperatur und feuchte kann z B die Stickstoffdynamik des Bodens ermittelt werden 30 Die wesentliche Gr e f r die Energiezufuhr zu den Pflanzen ist der f r die Photosynthese 54 Stand der Technik bedeutsame Anteil der Globalstrahlung Zur Ermittlung dieses als photosyntetisch aktive Strahlung bezeichneten Anteils PAR 43 wird die Globalstrahlung gemessen ber dem Bestand herangezogen 56 Zu ihrer Messung werden im allgemeinen Solarimeter und Pyranometer 148 verwendet Die ebenfalls bedeutende Sonnenscheindauer kann ber die kontinuierliche Aufzeichnung der Globalstrahlung ermittelt werden 149 F r die Ermittlung von Wasserhaushalt und Verdunstung durch Pflanze und Boden Transpi ration und Evaporation aber auch f r die Beurteilung der N hrstoffdynamik im Boden der Entwicklung und Ausbreitung von Schaderregern und Pflanzenkrankheiten sind Nieder schlag Luftfeuchtigkeit und Windgeschwindigkeit zu ermitteln Der Niederschlag wird mit einem Regenmesser erfasst der den gefallenen Niederschlag ber einer genormten waage rechten Fl che in 1 m H he ber dem Erdboden in eine volumetrische Messeinrichtung einleitet Bei kleinsten Niederschlagintensit ten kann die Verdunstung so gro sein dass keine Aufzeichnung stattfindet bei Schn
216. ogischen Messnetzes ist also auf mehrere Institutionen verteilt Tabelle 2 10 Tabelle 2 10 Betreuer der Datenabruf Systemkomponenten Komponente Verantwortlich f r die Betreuung Messstation und Datenlogger Wartungsfirma Betriebs PC Landwirt Gutsverwalter Btx Box bzw Modem Landwirt Gutsverwalter Btx Zugang Deutsche Post Telekom rtlich Btx Rechner Deutsche Post Telekom Btx Zentrale BALIS Rechner Datenbank Rechenzentrum des BayStMELF Stand der Technik 83 2 5 Zusammenfassung Zur Realisierung von Informationssystemen deren Aufgabe die flexible Ad hoc Umwandlung von Daten in Informationen ist gibt es verschiedene Modelle Aufgrund der Vielzahl der m glichen Systemplattformen Hardware Betriebssystem Anwendersoftware hat sich eine m glichst starke Trennung von Daten und Datenzugriffsmethoden in Form von Datenbanken als Basistechnologie etabliert Zur Schaffung allgemein nutzbarer und erweite rungsf higer Modelle f r Datenerfassungs und Bereitstellungssysteme sind informations technisch offene Systeme besonders geeignet Auf der Basis der Internet Technologie wurden in der letzten Zeit leistungsf hige Hilfsmittel zur Realisierung einer standardgerech ten offenen Kommunikationsstruktur geschaffen Um das lokale und Mikroklima in Pflanzenbest nden realistisch erfassen zu k nnen wurden automatische agrarmeteorologische Messstation entwickelt die aktuelle rechnerlesbare Witterungsdaten f r den Pflanzen
217. okoll Stations daten Applikation I I I I I I d O l Datenbank i Server I I I I I l Client I I I Abbildung 5 24 Mehrstufige Client Server Architektur des Datenbereitstellungssystems Die eigentliche Applikation zur dynamischen WWW Datenbereitstellung die Br cke zwischen WWW und Datenbank ist damit aufgeteilt in den Applikationsserver als daten bankseitige Schnittstelle in das CGI Programm als Webserverschnittstelle und in eine beide verbindende Schnittstelle Basis der Schnittstellenimplementierung ist ebenfalls TCP IP Diese Implementierung hat mehrere Vorteile e Sicherheitsaspekt Der Datenbankserver beinhaltet neben den Wetterdaten weitere zum 152 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems Teil sensible Fachdaten und befindet sich aus diesem Grund in einem gesch tzten IT Bereich Intranet Die ffnung der standardisierten Datenbankschnittstelle in das Inter net darf aus Sicherheitsgr nden nicht stattfinden Es musste eine restriktive und nur die Applikationsdaten betreffende Schnittstelle geschaffen werden e Technologischer Aspekt Bei grunds tzlichen Weiterentwicklungen eines der beiden angrenzenden Serversysteme SQL Datenbank oder WWW Server braucht jeweils nur die betroffene Komponente angepasst werden e Offenheit Durch die Schaffung der zus tzlichen unkritischen Applikationsschnittstelle kann jede beliebige Applikation unter Kenntnis des ver
218. olle Nutzungsnachweise Statistiken etc sowie die Anpassung des Managementsystems an ver nderte Gegebenheiten und die Opti mierung des Systems z B Datenreorganisationen unterst tzen Daten Management Daten Daten Daten Daten Erfassung Aufbereitung Bereitstellung Pflege Ablaufsteuerung Pr fung Auswahl Berichte bertragung Zusammenfassung Formatierung Anpassung berwachung Pr sentation Optimierung Abbildung 7 3 Allgemeines Funktionsmodell f r Messnetze Folgerungen und Ausblick 183 7 2 Weiterf hrende Arbeiten Innovationen im Bereich Informationstechnologie sind nicht nur auf Grund des Moore schen Gesetzes nachdem sich die Leistungsf higkeit der Chips im Verlauf von 18 24 Monaten verdoppelt kontinuierlich vorprogrammiert 59 Im Internet werden augenblicklich tiefgrei fende Ver nderungen vorgenommen die von neuen Anwendungen und der massiv wachsen de Zahl der Endknoten gefordert werden Auf Grund der offenen Architektur der TCP IP Protokollfamilie ist die Erweiterung ohne Umstellung der alten Systeme m glich Ebenso ist im Bereich der offenen Systeme auf neuesten Rechnern die Nutzung lterer Software oft m glich da sie im Quellcode z B in C vorliegt und mit den neuen systemeigenen Ent wicklungstools bersetzt a
219. on ausgegangen werden dass mehrere Prozesse mit gleicher Autorit t gleichzeitig darauf zugreifen Au er dem soll durch die Visualisierung der Steuer Entit ten f r den Betreiber oder Administrator eine Beurteilung des Systemstatus m glich sein daher sind die durch die Attribute und Tupel festgelegten Eigenschaften gegebenenfalls in Beschreibungs Entit ten zu dokumentieren Die Messdaten bilden die von den Datenloggern erfassten und diskretisierten Witterungs verl ufe als Zeitreihen mit quidistanten Messpunkten ab Ausgangspunkt in der Datenbank ist eine Rohdaten Entit t in der diese Daten fortlaufend abgelegt werden Durch Pr fung und Zusammenfassung entstehen weitere Messdaten Enit ten die mit den Rohdaten verkn pft bleiben um den Herkunftsbezug zu sichern Die Beschreibungsdaten bieten neben der M glichkeit durch die Speicherung eines Kontextes Erl uterungen zu Entit ten und Attributen zu geben auch den Rahmen f r die Katalogisierung der geografischen und sensortechnischen Eigenschaften der Messstationen Au erdem werden unter dieser Rubrik bestimmte Meldungen ber Ereignisse und Zust nde von Messstation und Daten bertragung archiviert Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 121 5 1 4 Steuerungssicht Durch die Aufl sung des gesamten komplexen Prozessmodells der Vorgangsketten in die Organisations Daten und Funktionssicht geht die Beschreibung der Zusammenh nge zwischen den Sichten
220. orientierte Programmiersprache erleichtert Dazu sind insbesondere die Methoden zum Zugriff auf die Daten gemeinsam mit den Daten an sich als Einheit zu betrachten Als C Compiler wurde die IBM Entwicklungsumgebung C Set C C Version 2 mit Developers Work Frame Version 1 1 unter IBM OS 2 Version 2 11 verwendet Das Teilprojekt zur Datenbereitstellung im Internet wurde zum gr ten Teil in Java reali siert Alle zur Programmierung notwendigen Elemente wie Compiler Interpreter Debugger und die Klassenbibliotheken f r die Erweiterungen sowie viele weitere Werkzeuge wurden aus dem Internet als Public Domain Software also kostenfrei verf gbar z B http www javasoft com bezogen Zum Einsatz kam die Java Version 1 1 wobei konkret das Java Development Kit JDK in Version 1 1 6 bis 1 1 8 verwendet wurde Zur Daten bankanbindung wurde Java Database Connectivity JDBC Version 1 22 genutzt Als Grafische Unterst tzung der Entwicklungsumgebung wurde Kawa Version 3 0 und 3 5 http www tek tools com kawa unter Microsoft Windows NT Version 4 0 eingesetzt Die erzeugten Programme Klassen wurden unter den Betriebssystemen Windows 95 Windows NT und IBM AIX Version 4 3 auf unterschiedlicher Hardware IBM kompatible PC Intel Pentium und IBM RISC Motorola PowerPC getestet und genutzt 4 2 Datenbank Da ein modernes relationales Datenbankmanagementsystem RDBMS alle oben geforderten Eigenschaften bez glich offener standardisierter Sc
221. ormationsverarbeitung und e Computergest tzte Entscheidungshilfen Stand der Technik 29 Zur Realisierung des Informationssystems werden drei grundlegende Ans tze unterschieden e ingenieurtechnisch Systemanalyse Software Engineering e sozio technisch Kommunikation zwischen Menschen die gebunden an eine Organisati onsstruktur an der Realisierung arbeiten und e ad hoc Realisierung ohne theoretische Vorarbeiten auf Grund bestehender ideeller und technischer Ressourcen Unter den theoretischen Ans tzen zur Konzeption von Informationssystemen finden sich relativ wenige Modelle die weite Verbreitung im praktischen Einsatz haben Als wichtigste Modellarchitekturen m ssen ARIS Architektur integrierter Informationssysteme 119 welche in dem weit verbreiteten Gesch ftsprozess Softwaresystem SAP verwendet wird und das 3 Schichten Modell der ANSI SPARC Study Group Database Management Systems 146 genannt werden Der Hintergrund der Darstellungstechniken ist in jedem Fall die Zerlegung des geplanten Systems in verst ndliche Teilaspekte F r das ARIS Modell wird die Realit t durch 4 verschiedene Sichten modelliert Organisati ons Daten Steuerungs sowie Vorgangs oder Funktionssicht die wiederum in drei Konzepten Fachkonzept Datenverarbeitungskonzept und Implementierung dargestellt werden k nnen Abbildung 2 1 Dieses Modell eignet sich insbesondere f r die Modellie rung komplexer Gesch ftsprozesse 30
222. orologischen Datenmanagementsystems ist die Datenbank mit der bereits angedeuteten fachlichen Gliederung in Messdaten Values VL Steuerdaten Control CN und Beschreibungsdaten Description DS Abbildung 5 15 BEE STEUERUNG BESCHREIBUNG Rohdaten Pro EE Sensorkonfiguration GE vm CNPAR DSCONF srl S _ Sensortypen BE EE Daten Messdatenabfrage GE L VLHO1 VLHO2 ZENVERSE ae Ze VLDO1 VLDO2 erg VLMO1 ee EE Datenpr fung CNVLR Beschreibung g E DSCNVLR GER ee VLERR Beschreibung Fehler _ DSVLERR GEN VLERR lt Br ar i 4 Abbildung 5 15 Aufbau der Datenbank des agrarmeteorologischen Datenmanagementsys tems e Definition der Steuerdaten Notwendig ist eine Entit t zur Programmsteuerung CNPAR die f r jede angeschlossene Datenabrufschnittstelle zentral zu verwaltende Parameter beinhaltet Attribute dieser Entit t sind die Startzeit zu der die t glichen Aktivit ten aktiviert werden eine Latenzzeit die ein Abwarten systeminterner Verz gerungszeiten erm glicht eine Vorgabe f r Datentransfer Wiederholungsversuche ein Statusfeld welches den Zustand des Programms angibt und auch zum Ansteuern bestimmter Zust nde verwendet werden kann sowie Zeitstempel die den Eintrittszeitpunkt des aktuellen Ereignisses und dem letzten Einstellen des Grundzustan des festhalten Die zweite wichtige Steuerentit t dient der Ablaufsteuerung und Synchronisa tion innerhalb der Programme Ablauf oder Anru
223. pplikationsserver ausgewertet Beim Test Webserver http www tec agrar tu muenchen de wurden die access_log Dateien nach dem Verzeichnis baum lbp agm durchsucht und um Zugriffe von internen Anwendern und identifizierbaren Suchmaschinen bereinigt Zus tzlich fand die Aufteilung der Zugriffszahlen auf Zugriffe aus dem Bayerischen Beh rdennetz also Clients aus der Domain bayern de und externe Clients sowie eine Filterung zur Ermittlung der Anzahl der Datenabrufe statt Auf diesem Server lag bis November 1999 die Hauptlast F r den Produktionsserver ab Ende November 1999 im Betrieb http www stmif bayern de lbp agm wurden die unter http www lbp bayern de statistik lbp index html verf gbaren automatisch erzeugten Zugriffstatistiken ausgewertet die um die Zugriffe aus der Domain bayern de und bybn de bereinigt sind Beh rdennetz Intranet Die Zugriffe auf den Applikationsserver wurden anhand der Logbuchaufzeichnungen ermittelt in denen jeder Zugriff seitens eines Webservers mit der Clientadresse des Anwen 226 Anhang D Ergebnisse der berpr fungen ders registriert wird Tabelle D 1 Zusammenfassung der Anzahl der Zugriffe auf das Datenbereitstellungssystem Monat Besuche gesamt Datenabrufe Datenbankanfragen Mai 00 13226 7607 5408 Da bei vielen Institutionen und Firmen auf Grund von Firewalls und Proxy Cache Servern jedoch verschiedene Anwender f r den Webserver unter einer Adresse identifiziert werden ist e
224. pr fung des offenen Datenmanagementsystems 113 e N ER P lt Mesenetz lt Layout Stationsdaten ZN Se lt Lay e e Pi 2 Ausstattung _ Anderung _ AY Pr Sensor d Benutzer Benutzer parameter Schnittstelle schnittstelle aktualisieren optisch C y SEH gestalten Klima a x daten gt rt Regions j L S d daten nderun enutzer lt Beete gt B i Schnittstellen Z SG Formular lt Anwender Se Pa Anfrage K N Anfrage A E ee modifiziert lt gepr fte gt V Messdaten ROTA aggregierte Datenauswahl Stundendaten 8 3 und bertragung aggregierte KA Tagesdaten e y 5 AF lt Anfrage ab Pa RL formatierte L E geschlossen Datenauswahl Abbildung 5 4 EPK und Datenfluss der Datenbereitstellung im WWW 5 1 1 Funktionssicht Die vom System auszuf hrenden Funktionen und der globale Zusammenhang zwischen den Funktionen bilden die Funktionssicht Abbildung 5 5 Die feine Koordination zwischen einzelnen Funktionen und dem Gesamtablauf wird dagegen in der Steuerungssicht erfasst Die Datenabruffunktionen umfassen die gesamte Organisation der zentralen Datenabfrage bis zur Ablage der Messdaten in der zentralen Datenbank Im Rahmen der Datenaufbereitungs funktionen finden Pr fung und Zusammenfassung der Messwerte statt Die Datenbereitstel lungsfunktionen realisier
225. r Demodulator zur analog digital Signalwandlung ben tigt Auch bei diesen Ger ten gibt es eine Reihe von Standards die eine sichere physikalische Ebene und Sicherungsschicht gew hrleisten k nnen Weiterhin ist die Steuerung der Ger te weitgehend durch einen Industriestandard Kommandosatz AT Kommandos vereinheitlicht 48 Stand der Technik 164 Die bertragungsgeschwindigkeit ist begrenzt und die h heren Schichten im OSI Referenzmodell m ssen vom Anwender realisiert werden Es existieren jedoch auch Imple mentierungen der TCP IP Protokollfamilie zur Nutzung mit Modems am meisten verbreitet Point to Point Protocol PPP Auch im Mobilfunkbereich erlauben die GSM Netze Global System for Mobile communi cations mit Daten und Fax bertragungsdiensten oder Datendiensten wie MODACOM der Telecom die drahtlose Datenfern bertragung ber ffentliche oder private Fernsprechnetze 165 2 1 2 2 Online Dienste Die ffentlichen Kommunikationsnetze und die oben dargestellten M glichkeiten zum Datenaustausch innerhalb dieser Netze f hrten zur Entstehung von Dienstleistungsanbietern die auf verschiedenen Rechnersystemen gespeicherte Informationen mit spezieller Anbieter software ber Einwahlknoten einer Reihe von nacheinander oder gleichzeitig zugreifenden Interessenten zur Verf gung stellen Weite Verbreitung hatten und haben Mailboxen oder Bulletin Board Systeme BBS 141 166 Zur Einwahl ben tigt der Anwender einen Comput
226. r der Datenbankeintr ge Mittelwerte ber alle Stationen 70 Dauer ins 60 DB2 Insert 50 40 I 30 20 10 0 NWNMAT NNMAT NAXNMAAT DOMAT NOMFT MMAR QAQT MAMA NNNMOAT OMAN OMAN ONn an e r 7770N0NNNNNNNATTTTTINMNNMNINOOOOON ML MMMOXOO OO OOOOOT NN u Abbildung D 7 Dauer der Datenbankeintr ge Mittelwerte ber das Jahr 1997 Bis zum Zeitpunkt der Eintr ge von Station Nr 43 47 lief eine leistungsintensive Anwendung parallel Anhang D Ergebnisse der berpr fungen 225 40 Dale in s Anrufdauer 38 36 34 32 28 r T r T D E E D D D E D D D D E Datum D D E E E D E E E D D ei E te vi N amp E e D Ei E E E E e E Ei T T lt a S E oi oi N N Ei n Ei Ei Ei N oi ei N A N N N Abbildung D 8 Dauer der DF Zusammenfassung f r alle Stationen seit dem 16 4 97 findet innerhalb der DEU zus tzlich eine Momentanwertabfrage statt Grafische Darstellungen und Zusammenfassungen der Ergebnisse befinden sich im Kapitel 5 4 1 D 2 Datenbereitstellungssystem Zur Beurteilung der Nutzung der angebotenen Daten wurden die Zugriffe auf die Webserver und A
227. rcen wie Prozessor Speicher Ein und Ausgabeger te regeln Kriterien zur Einteilung der Betriebssysteme sind die F higkeiten zur Bedienung mehrerer Benutzer Multiuser und der parallelen Ausf hrung mehrerer Aufgaben Multitasking Im Rahmen der Bestrebungen zur Realisierung offener Systeme nimmt die Bedeutung des Ziel Betriebssystems bei der Bearbeitung von Softwareprojekten ab da eine Vielzahl von Programmiersprachen f r mehrere BS verf gbar sind und Compiler als bersetzungswerk zeuge fungieren Trotzdem spielt das Betriebssystem f r die Realisierung eines Informations systems auf Grund der unterschiedlichen angebotenen Leistungen eine nicht zu untersch t 38 Stand der Technik zende Rolle Die am weitesten verbreiteten PC Betriebssysteme UNIX OS 2 DOS und Windows sollen im folgenden kurz gegen bergestellt werden Unter UNIX 51 wird eine Reihe weitgehend standardisierter relativ offener X OPEN OSF UI 11 Betriebssystem Varianten verschiedener Hersteller zusammengefasst UNIX verk rpert das klassische Multiuser Multitasking Betriebssystem f r Workstati ons und wird durch die frei verf gbare offene L sung Linux 133 158 http www linux org im Rahmen des GNU Softwareprojektes http www gnu org auch f r den PC popul r Mit OS 2 36 65 versuchte IBM International Business Machines anfangs gemeinsam mit Microsoft Corporation Redmond ein Multitasking Betriebssystem f r PC zu schaf fen Es
228. rdnung fest den Sensorwerten zugeordnet Auch f r diese fest zugeordneten Sensorwerte sind zum vollst ndigen Mapping Eintr ge in der Sensorkonfigu rationstabelle n tig Bei der Sondersensorentit t gibt es neben dem Attribut Messwert ein mit Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 129 der Sensorkonfiguration in Relation stehendes Attribut Sensortyp und die Attribute zur zeitlichen und rtlichen Zuordnung Die bisher modellierten Messdaten sind immer noch ungepr fte Rohdaten Sie sind vom Pr f und Zusammenfassungssystem einmalig weiterzuverarbeiten und in entsprechenden Entit ten abzulegen Dabei sollen die nicht manipulierten Rohdaten ebenso archiviert werden wie die f r die Anwender bereitgestellten plausiblen Daten Den agrarmeteorologi schen Aufgaben entsprechend ben tigen Anwender neben den verschiedenen zeitlich zusammengefassten Messdaten in vielen F llen zu den Tagesdaten statistische Werte wie Mittelwert Minimalwert und Maximalwert der zugrundeliegenden Einzelwerte Bei be stimmten physikalischen Gr en sind Mittelwerte nicht aussagekr ftig daher werden die kumulierenden Messwerte als Summe zusammengefasst Das Datenmodell f r die Mess werte ist daher um Entit ten mit Attributen die diese Inhalte abbilden k nnen zu erweitern Abbildung 5 18 Die horizontalen Relationen zwischen den Standardmessdaten Entit ten bzw den Sondermessdaten Entit ten sind dabei arithmetische Algorithmen Die Re
229. re Lufttemperatur und Blattn ssesensoren im Pflanzenbestand installiert Den schematischen Aufbau einer Messstation und die Lage der Sensoren zeigt Abbildung 2 9 Tabelle 2 7 In der FMA 86 Weihenstephan eingesetzte Sensoren Messgr e Einheit Bemerkung unkali Lufttemperatur Pt 100 Platin Bel ftet in Widerstand Schutzrohr Bodentemperatur Pt 100 Platin Gekapselt oder widerstand am Mast schwert Luftfeuchte Wind Schalen m s geschwindigkeit anemometer in Messh tte mV Strahlung Siliziumzelle W m mV Niederschlag Horner sche mm i Wippe Impulse Blattn sse Leitwert Einstellungs Umgesetzt in abh ngig bezogen auf Messzeit Der Tr germast besteht aus verschwei ten und verzinkten Rechteck Rohren aus Stahl Alle Sensorbefestigungs ffnungen und Kabeleinf hrungen wurden abgedichtet damit die Luft von einem zentral angebauten L fter durch die Schutzrohre der Lufttemperatursensoren angesaugt wird 139 Der Tr germast wird entsprechend den Aufstellungsvorgaben 149 exakt ausgerichtet und fest verankert aufgestellt In Abbildung 2 10 ist eine voll ausgebaute Messstation dargestellt 72 Stand der Technik S d Nord 250 Sensor f r Lufttemperatur 2 00 m Sensor f r Lufttemperatur 0 20 m Sensor f r rel Luftfeuchte Sensor f r Windgeschwindigkeit Sensor f r Beleuchtungsst rke Sensor f r Blattn sse Sensor f r Bodentemperatur 0 05 m Sensor f r Bodentemperatur
230. rechnersystem als geschlossenes System Insbesondere die wachsende Bedeu tung der Daten bertragung ber Internet Technologie auf der Basis der TCP IP Protokoll familie und Dienste als einer Technik die stark an der Standardisierung durch das OSI 7 Ebenenmodell orientiert ist konnte damals nicht abgesch tzt werden Jedoch wurde schon 90 Problem und Zielstellun zu Beginn der Realisierung des Datenmanagementsystems versucht eine Modularisierung zu schaffen Den Kern des Systems bildet eine relationale Datenbank mit standardisierter Schnittstelle Somit war das damalige Konzept als Grundlage f r ein offenes System nicht untauglich die genutzte Infrastruktur Rechnersysteme Programmiersprachen und DF verhindert jedoch die Portierung und Erweiterung 3 2 Zielstellung F r das konkrete Beispiel des bayerischen agrarmeteorologischen Messnetzes ergibt sich die Notwendigkeit zur berarbeitung des Datenmanagementsystems mit dem Ziel der Qualit ts sicherung und besseren Verf gbarkeit der Messdaten Dazu soll das vorhandene System unter folgenden Gesichtspunkten umgestaltet werden e Vollautomatischer Betrieb bei nahezu 100 Zuverl ssigkeit der Daten bertragung e Variable Anbindung von mehr als 100 Messstationen e Bereitstellung gepr fter Messdaten f r die Anwender in verschiedenen geeigneten Formen e Vollst ndige Dokumentation des Systems und der Betriebsdaten Logbucherstellung e Best ndigkeit Anpassbarkeit Erwei
231. ren Einsatzorte sie k nnten z B Metadaten f r eine direkte Einbindung der Messdaten in ein geografisches Informationssystem GIS enthalten Au erdem sollten sie noch eine protokollierende Aufzeichnung von die Messung begleitenden Ereignissen erlauben Logbuch numm j lt eing O Vn E ar isa Ja Ablauf Zustand Sensorik Erfassungsort Logbuch Abbildung 7 2 Allgemeines Datenmodell f r Messnetze 182 Folgerungen und Ausblick Die grundlegenden Funktionen eines allgemeinen Datenmanagementsystems f r Messnetze zeigt Abbildung 7 3 Zur Datenerfassung sind Funktionen zur automatischen Ablaufsteue rung oder eine Benutzerschnittstelle zur manuellen Daten bertragung die Daten fern bertragungsfunktion selbst und Hilfsmittel zur berwachung der dezentralen Messeinrich tungen und des Erfassungssystems n tig Vor der Datenablage sind Funktionen zur Daten pr fung und eventuell zur Zusammenfassung von Datengruppen anzuwenden Die Datenbe reitstellung ist durch Auswahl und Formatierungsfunktionen zu unterst tzen Die eigentliche Pr sentation der Daten kann im Rahmen einer grafischen Benutzerschnittstelle oder durch bergabe an Standardprogramme realisiert werden Zum stabilen und dauerhaften Betrieb eines Messdatenmanagementsystems sind noch Datenpflegefunktionen n tig die Zustandsberichte erzeugen oder Fehlerprotok
232. rgani Ereignis Funktion Daten Art der sation Bearbeitung Standort Stations und i ENER ange Steuerdaten d Stationsdaten Manuell 2 el festgelegt Stegen i StMELF i E SC f A E E 1 m i s a Standort i pe y JI aufgeben Stations und Manuell gt Steuerddten Steuerdaten aktualisieren Se 34 e Messdaten i A bereit y v o i Messdaten p Roh Messdaten 4 Automat d erfassen i und ON Messdaten gt L T IRE N abgelegt i p y i Betreiber Messdaten pr fen Automat ME 2 dE und In gepr fte Ia i d System i zusammenfassen Messdaten diagnose i LA i v III zusammen System i IL gefasste 4 Manuell optimiert Daten pflegen Messdaten i C JA in A EE A termin f Fehler Wartungs i V y R Protokoll firma 2 7 i u A Defekt N 8 Wartung j i aufgetreten GE Kc ausf hren S 4 Betriebs und Dialog i i Abrechnungs i i a P B y a i daten Fehler AN A beseitigt 4 H Instandsetzung i e Sa Fehler aufgetreten i ee X Dialog d U Daten Daten Zugangs i Anwender anfordern i bereitstellen Berechtigungen DARU at i v j Daten erhalten In dieser Gesamtbetrachtung sind die Vorg nge Datenerfassung Datenbereitstellung Fehlermanagement und Messnetzbetrieb gemeinsam dargestellt um die Verkn pfungen Steuerung zwischen den Komponenten verdeutlichen zu k nnen Der Betrieb des Messnet
233. rholung A B MI WW Wiederholung von M bis N A 1 B 10 Option 0 1 A B C PR Diskreter Wert A wahr a Kommentar A X Y kommentar Die Darstellung und Modellierung des Datenflusses erfolgte durch Datenflussdiagramme DFD nach DE MARKO In ihnen entsprechen Informationsquellen oder senken Schnittstel len bzw Terminatoren und werden als Rechtecke dargestellt Speicher fl chtiger Speicher Dateien oder Datenbanken werden durch parallele Linien gezeichnet und Prozesse Funkti onen durch Kreise abgebildet Abbildung 4 5 F r jeden Prozess kann zur Verfeinerung des Modells eine Prozessspezifikation PSPEC MiniSpec in Form von Pseudocode Entschei dungstabellen oder b umen ausgearbeitet werden Ein Datenfluss ist nur zwischen Funktio nen und Schnittstelle oder Speicher bzw zwischen Funktionen selbst erlaubt Tauschen Speicher oder Schnittstellen Informationen aus muss es also immer eine Funktion geben die den Informationsaustausch realisiert ps a N Terminator Prozess l Schnittstelle Datenfluss gt Name ae ne Name Name Nr b f CS Datenfluss Name Abbildung 4 5 Datenflussdiagramm nach DE MARCO 4 Beispiel zur Darstellung der Elemente 100 Mittel und Verfahren f r die Entwicklung des offenen Datenmanagementsystems Ausl sende Momente f r einen Datenfluss sind datengetriebene oder zeitgetriebene Kalen der gesteuerte Prozesse F r die Ber c
234. rn zug nglich gemacht Damit erlangt in diesen Messnetzen das Datenmanagement eine hohe Bedeutung Zum Datenmanagement system z hlen die dezentralen Datenerfassungsanlagen Datenabruf und Datenaufbereitungs system Datenbank sowie das Datenbereitstellungssystem Innerhalb des Datenmanagementsystems besteht ein Widerspruch der den Investitionsschutz und die Zuverl ssigkeit der Gesamtanlage betrifft Dieser Widerspruch ist auf der einen Seite durch langlebige Messtechnik und auf der anderen Seite durch die rasante Geschwindigkeit der Entwicklung im Bereich der Informationstechnologie und der damit verbundenen Abl sung veralteter informationstechnischer Systeme gepr gt Agrarmeteorologische Messnetze sind wie auch andere dezentrale Messsysteme in Rechensysteme und Kommuni kationsnetze eingebunden damit ist die Verbindung von Messung und Anwender immer von der aktuell eingesetzten informationstechnischen Infrastruktur abh ngig Soll eine kontinuierliche kosteng nstige und breite Nutzung eines Messnetzes m glich sein muss das zugrundeliegende Datenmanagementsystem anpassungsf hig sein Offene Systeme die sich durch Interoperabilit t Portabilit t Standards und Skalierbarkeit auszeichnen bieten die optimalen M glichkeiten diesen Anforderungen gerecht zu werden Der Grundgedanke offener Systeme ist die Realisierung von Hardware und Softwaresyste men auf der Basis von Standards so dass ein freier leichter Zugang zu L sungen ve
235. ro rechner mit SQL Datenmodell und relationaler Datenbank Implementierung Partner handels blich LfE RZ und Autor Datenpr fung PC oder Gro rechner mit Programmiersprache C modulare Entwicklung Datenbankanbindung embedded SQL Partner LBP handels blich Daten PC oder Workstation SQL JDBC modulare Eigenentwick bereitstellungs system MS Windows oder UNIX Industriestandard handels blich oder Freeware Programmiersprache Java TCP IP offengelegtes Applikationsprotokoll lung des Autors Benutzer schnittstelle Beliebiger Internet Server Apache und MS IIS beliebiger Internet Browser Industriestan dard oder OSI TCP IP offengelegtes Applikationsprotokoll Programmiersprache C HTML CGI modulare Eigenentwick lung des Autors Design Partner LBA Diskussion der Ergebnisse 175 6 1 Beurteilung des offenes Datenmanagementsystems Die Beurteilung des Systems erfolgte anhand allgemein anerkannter Softwarequalit tskrite rien vgl Kapitel 3 2 1 und 106 Die zu untersuchenden Merkmale unterscheiden sich nach der Sichtweise der Benutzer und Entwickler Die Benutzer des Systems das bedeutet nicht nur die Anwender sondern auch Messnetzbetreiber und Administratoren legen den Schwerpunkt auf Funktionserf llung Effizienz Zuverl ssigkeit Benutzbarkeit und Sicher heit Die volle Funktionserf llung ist gegeben da alle in der Definitionsphase aufgenommenen Funktionen des Systems fehl
236. rologische Messnetze in Deutschland 91 Baden W rttemberg Netzwerk Landesanstalt f r Pflanzenschutz Stuttgart Bayern Netzwerk Bayerische Landesanstalt f r Bodenkultur und Pflan zenbau M nchen Hessen Netzwerk Hessisches Landesamt Regionalentwicklung und Landwirtschaft Kassel Niedersachsen Landwirtschaftskammer Hannover Pfianzenschutzamt Landwirtschaftskammer Hannover Pflanzenschutzamt Hannover Pflanzenschutzamt Rheinland Pfalz Landespflanzenschutzamt Rheinland Pfalz Mainz Sachsen 163 S chsische Landesanstalt f r Landwirtschaft Dresden Th ringen 49 Netzwerk Landwirtschaftliche Untersuchungs und Forschungsan stalt LUFA Th ringen Das Baden W rttemberger Netz wurde von 1992 bis 1996 aufgebaut und besteht aus insgesamt 35 Kleinmessstationen und 10 agrarmeteorologischen Messstationen entsprechend VDI 3786 Blatt 13 Agrarmeteorologische Messstation 149 Alle Stationen erfassen Lufttemperatur Luftfeuchtigkeit und Lichtst rke in 2 m H he sowie Niederschlag und Blattn sse Die Messwerte werden im 10 bzw 12 Minuten Takt in den Stationen gespei chert Von dort sind sie per Telefon durch die Pflanzenschutzberater der Landwirtschafts mter und den Betreiber abrufbar Die Nutzung der Daten erfolgt vorwiegend im Pflanzen schutzwarndienst f r den Obstbau Apfelschorf und Feuerbrand 26 und im Ackerbau unter der Nutzung des Expertensystems proPlant 152 68 Stand der Technik In Hessen werden 12 agrarme
237. rozent AVG AVG Anmerkung Zusammenfassung bedeutet die Verrechnung der Daten zu Stunden und Tageswerten erfolgt als Duchschnittswert AVG oder Summe SUM Benachbarte Stationen Rang Station Abruf von Entf km Richtg Name Gemeinde Landkreis kt 9 Daten Infos 5 0 NO Zurnhausen Freising Gkst Freising 2 114 Infos 15 9 SSO Eichenried Moosinning Erding 3 45 Infos 20 2 OSO Frankendorf Fraunberg Erding A zu den Daten Tabelle A zur Stations Auswahl J Ef Document Done Eea oa Ee m S Abbildung C 5 Informationen zur Wetterstation mit Auswahlmen zur Daten oder Infor mationsabfrage von benachbarten Messstationen 218 Anhang C Aufbau der grafischen Benutzerschnittstelle C 2 Administration Unter dem URL http www stmif bayern de lbp agm admin agmadmin htm sind die folgen den Web Seiten zur Anpassung der Benutzerschnittstelle und Wartung der WWW Datenbereitstellung abgelegt Sie sind nicht ffentlich zug nglich der Zugang erfolgt erst nach Anmeldung als berechtigter Benutzer ZC Wetterdaten Abruf Administration Netscape Eile Edit View Go Communicator Help Administration des Wetterdaten Servers Dokumentation des WVeb Datenbereitstellungssystems Weteo Protokoll Dokumentation Schnittstellenbeschreibung 1 Data Dictionary Dokumentation Schnittstellenbeschreibung 2 Auswertung der Datenzugriffe auf das WWeb Datenbereitstellungssystem Aktualisieren der html Seiten Startseite agmmap1 gt agm_start html Verwaltu
238. rr umlichen Gliederung gleichm ig verteilt installiert wurden Das erm glicht die Erfassung konkreter regionaler Witterungsdaten die neben den Beobachtun gen am Kulturpflanzenbestand die Voraussetzung f r exakte Modellrechnungen und Ent scheidungshilfesysteme sind Die Stationen liefern ihre Daten ber das ffentliche Telefon netz an eine zentrale Datenbank im Rechenzentrum des Landwirtschaftsministeriums Diese Konzentration der Daten erm glicht eine zentrale Kontrolle Bewertung und Pr fung der Daten die Datenbereitstellung unter Ber cksichtigung verschiedener Anwenderkriterien sowie die Datenpflege und Gew hrleistung der Datensicherheit Um von Landwirten und Beratern vor Ort genutzt werden zu k nnen m ssen zuverl ssige Wetterdaten allgemein zug nglich sein Damit erlangt das Datenmanagement in einem derartigen Messnetz eine besondere Bedeutung Abbildung 1 2 Aktualit t und Korrektheit der Witterungsdaten m ssen st ndig gew hrleistet sein au erdem sind schnelle und unkomplizierte M glichkei ten zu ihrem exakten Wiederfinden unumg nglich damit Wissenschaftler und Praktiker einen effektiven Nutzen aus ihnen ziehen k nnen Umgebungseinfl sse agrar Daten f Mess Beratungs Entscheidungs EE a Staton FR gt system hilfe Daten system Abbildung 1 2 Bedeutung des Datenmanagements f r agrarmeteorologische Messdaten Damit sich ein Beratungssystem im praktischen Einsatz
239. rschie dener Anbieter erm glicht wird Dazu notwendig ist die Schaffung eines Modells mit 188 Zusammenfassun welchem das System so in Teilaspekte zerlegt wird dass Dienstanbieter und Dienstnehmer Server und Clients entstehen die auf standardisierten Wegen Informationen austauschen Dieses Modell basiert auf dem Einsatz standardisierter Hilfsmittel zu Planung Definition Entwurf und Implementierung Auch dabei steht der Einsatz und die Schaffung von Stan dards im Vordergrund so dass eine Austauschbarkeit der Komponenten zur Realisierung der Teilaufgaben gew hrleistet ist Am Beispiel des Bayerischen agrarmeteorologischen Netzwerkes wurde ein Datenmanage mentsystem entwickelt und evaluiert welches neben verbesserten Eigenschaften die wesent lichen Vorz ge offener Systeme aufweist Im Vergleich zu anderen agrarmeteorologischen Netzwerken zeichnet sich die realisierte L sung funktionell durch folgende Vorteile aus e Minimaler Administrationsaufwand bei vollautomatischem Betrieb e H chste Zuverl ssigkeit e Flexibler Zugriff auf alle Daten ber eine anwenderfreundliche allgemein bekannte grafische Benutzerschnittstelle e Nutzung der moderne Kommunikationstechnologie Als offenes standardbasierendes System kann das Datenmanagementsystem in verschiede nen Hard und Softwareumgebungen eingesetzt werden und an ver nderte Randbedingungen angepasst werden Damit ist die Voraussetzung geschaffen das System ber lange Zeit
240. rschlag Windge State Climate Office of North schwindigkeit und Carolina richtung Luftdruck Sonnenstrahlung und PAR MESONET 20 98 108 Stationen in Oklahoma Bulletin Board System BBS 79 Texas geplant 104 Verschiedene Daten und Beratungs Realisierung seit 1997 ergebnisse teilweise kostenpflichtig Utah u a 100 Info Net 22 Virginia USA Wetterdaten von 8 Kostenloser Zugang ber Bulletin Wetterzentren Board System Virginia Tech Lufttemperatur und feuchte Bodentemperatur Pflanzenschutz Informationen Niederschlag Erdn sse Agrarmeteorologisches ca 40 Stationen 160 Kostenpflichtige Informationen im Messnetz MeteoSchweiz ph nologische Beobach Abonnement 90 tungsorte Stand der Technik 65 Als herausragendes Beispiel f r bestehende meteorologische Netzwerke mit berwiegend landwirtschaftlicher Nutzung auf der Basis der Nutzung moderner Informations Infrastrukturen zur Online Daten bertagung soll das Oklahoma MESONET etwas eingehender beschrieben werden In seinem Aufbau und der Geschichte ist es zwar in einer anderen Dimension mit dem Bayerischen agrarmeteorologischen Messnetz vergleichbar Das MESONET mesoscale network Verschiedene r umliche und Zeitliche Dimensionen von wenigen bis einigen hundert Meilen Abstand der Messstationen und wenigen Minuten bis zu mehreren Stunden Abstand der Messwerte in einem Netzwerk vereint wurde Anfang der 90er Jahre vom Klimatologischen Dienst
241. rt EEN ordnet 2 Se SE ES plausible a SCH Mess Pr fen Messdaten K i zusammen X 1 rohdaten fassen gt BR SC Ee E ESS FL EN BG I Plausi Programm men S Ablauf GH lt erzeugt gt meldun steuerung ee steuerung K P 9 e N lt erl utert gt SST gt lt erzeugt gt Beziehungs Aggregation Inhalts Inhalts Meldung typ ER Typ von Entit t und Relation beschreibung beschreibung E Abbildung 5 11 bersicht ber die Datenstrukturen im Messdaten Managementsystem als ERM Die Steuerdaten sollen das Zusammenwirken von beliebigen Programmmodulen in beliebi 120 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems ger Implementierung auf einer beliebigen Infrastruktur Software Hardware Netz erm gli chen Die Module sollen dabei relativ unabh ngig voneinander parallel arbeiten k nnen Multitasking Die Aufgabe der Steuerdaten ist dabei die Realisierung der Synchronisation der Prozesse der Ablaufsteuerung und einer minimalen Daten Schnittstelle zum Austausch von Programm Betriebsparametern Durch entsprechendes Design der Steuerdaten soll eine Transaktionssteuerung verwirklicht werden die eine fehlerfreie Synchronisation der Daten zugriffsprozesse garantiert Bei der Realisierung der Entit ten muss dav
242. rweiterbarkeit und basiert auf der Modellierung Modularisierung und Dokumentation bei der durch die tiefe Zerlegung in Teilprobleme und die Verwendung berschaubarer Algo rithmen die gute Verst ndlichkeit und Testbarkeit erreicht wurde Die bertragbarkeit Portabilit t wurde durch die Implementierung in portablen zum Teil standardisierten Programmiersprachen C Java unter Verwendung von standardisierten Schnittstellen und Bibliotheken oder Quasistandards Industriestandards und die Offenlegung nichtstandardisierter Schnittstellen erreicht Damit wurde auch die Grundlage f r die Interoperabilit t geschaffen die im gezeigten Beispiel auf Grund der unterschiedlichen eingesetzten Technologien PC Internet Intranet Gro rechner OS 2 und UNIX Workstation unbedingt n tig war und gleichzeitig das Pr fmittel f r die Einhaltung der Kriterien darstellte Die Offenheit des Systems musste sich im Verlauf des Lebenszyklus des Systems bereits mehrfach unter Beweis stellen Die gesamte Entwicklung des Datenbereitstellungssystems vollzog sich in einer anderen Umgebung als der Produktionsbetrieb e Entwicklung und Test Oracle Datenbank auf UNIX Applikationsserver auf Microsoft Windows Webserver Apache Open Source Software auf UNIX e Produktionsbetrieb IBM DB2 Datenbank auf Gro rechner MVS sp ter OS390 Appli Diskussion der Ergebnisse 177 kationsserver auf UNIX Microsoft Webserver IIS auf Microsoft Windows Das gesam
243. schaftlichen Methoden schon praktische Selbsthilfe des Betreibers vorausgegangen war Aus diesem Grunde sind abgesicherte quantitative Aussagen zur Zuverl ssigkeit des Daten bertragungs systems nicht m glich In internen Mitteilungen LBP wird in den Jahren 1992 und 1993 vor Einf hrung der ersten Erweiterungen ein Anteil der automatisch online bertragenen Daten von ca 40 genannt Nachtr glich wurden die Daten von den Wetterstationsbetreuern mit Hilfe eines speziellen Selektionsprogramms aus der Datenbank des Programms FMA PC auf Disketten berspielt und dem Datenbankbetreiber zugestellt der diese wiederum in die zentrale Datenbank einspielen konnte Auf diese Weise sind nur wenige Daten f r nachtr g liche klimatische Betrachtungen verlorengegangen Jedoch sind auch keine exakten Aussa gen ber den Anteil der nachtr glich bertragenen Daten gegen ber den online per Btx gesendeten mehr m glich Die deutliche Unsicherheit des bertragungsweges Btx lag einerseits in M ngeln an der eingesetzten Software andererseits jedoch an der Verf gbarkeit des externen Btx Rechners Zudem wurde bei dem damaligen Betreiber der Deutschen Bundespost das Btx System umgestaltet Unter dem neuen Namen Datex J wurde von den bis dahin haupts chlich eingesetzten Hardware Decodern zu Softwaredecodern in Verbindung mit AT kompatiblen Industriestandard Modems bergegangen 70 Diese Ver nderungen machten eine Erneue rung der eingesetzten DF Komponen
244. sdaten Fehler Er gt Protokol Abbildung 5 2 Messdatenabruf als ereignisgesteuerte Prozesskette mit Datenfluss Schon an dieser Stelle kann vermerkt werden dass es sich um einen komplexen Prozess handelt der mindestens in einen DF Prozess und einen Datenbankladeprozess aufgeteilt werden muss Da die daf r sprechenden Gr nde jedoch informationstechnischen Ursprung haben findet die weitere Zerlegung erst im DV Konzept statt Sobald neue Messdaten in der zentralen Datenbank verf gbar sind m ssen sie auf formale Fehler Konsistenz und klimatische Grenzwerte gepr ft werden Plausibilit t Als Kriterien Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 111 werden Ausstattung der Station und Sensoreigenschaften klimatische und regionale Kenn gr en sowie grunds tzliche physikalische Einfl sse herangezogen Nach der Pr fung werden die Datenreihen zeitlich zusammengefasst aggregiert Dabei flie en die zugrunde liegenden physikalischen Zusammenh nge zwischen den Messgr en und ihrer zeitdiskreten Erfassung in den Messreihen in die Bildungsvorschriften ein Abbildung 5 3 zeigt die Prozesskette der Datenpr fung Dynamische Eingangsgr en sind die aktuellen von den Datenloggern abgerufenen Messdaten Ausgang die gepr ften 10 Minuten Daten und davon abgeleitete Stunden und Tagesdaten denen berechnete statistische Zusatzdaten wie Minima und Maxima hinzugef gt werden
245. sen Als Hilfsmittel f r die Speicherung von Daten stehen an die physikalische Ablage angelehnte Dateisysteme Filesysteme die flach oder hierarchisch geordnet sind oder komplexe 42 Stand der Technik Datenmanagementsysteme DMS zur Verf gung 89 155 Gro e Datenmengen werden in Form von Datens tzen gespeichert wobei das hierarchische Modell sie in Baumstrukturen durch unidirektionale Verbindungen verkn pft das Netzwerkmodell jedoch auf bidirektio nalen Verweisen basiert Diese Verbindungen wurden urspr nglich durch Speicheradressen also physikalisch kodierte Zeiger realisiert die durch eine spezielle Abfrage Programmiersprache z B COBOL 87 verwaltet wurden Damit war jedoch keine begriff liche Abstraktion des Datenzugriffs m glich au erdem zogen nderungen in der Daten struktur Programmanpassungen nach sich Um diese Nachteile zu eliminieren wird der komplexe Zugriff auf abstrakte Daten heute fast ausschlie lich mit Datenbanksystemen realisiert die Daten und deren logische Strukturen wie Satzaufbau und Verkn pfung verwalten Besondere Verbreitung haben relationale Datenbankmanagementsysteme RDBMS beruhend auf den Entw rfen von Copp 19 Im relationalen Datenmodell sind die Daten in Felder zerlegt und als Tabellen Relationen angeordnet Mehrere Tabellen einer Datenbank werden mit Schl sselelementen Keys verbunden Breite Tabellen werden zur Erh hung der Effektivit t und zur Vermeidung von Redund
246. sensoren VLERR Tabelle Fehlermeldungen VLHO1 Tabelle Gepr fte Stundendaten Standardsensoren VLHO2 Tabelle Gepr fte Stundendaten Sondersensoren VLMO1 Tabelle Gepr fte 10 Minutendaten Standardsensoren VLMO2 Tabelle Gepr fte 10 Minutendaten Sondersensoren VLR Kommando Datenlieferung 212 Anhang B Data Dictionary f r Meteo Server Entit t Typ Bemerkung VLRO1 Tabelle Rohdaten Standardsensoren VLRO2 Tabelle Rohdaten Sondersensoren VWDSINFO Sicht Stations Lageinformation VWDSMAP1 Sicht Zuordnung zu Stationskarten WWW VWDSNACHBAR Sicht Lageinformation zu Nachbarstationen VWDSSENSOR 1 Sicht Stations Ausstattung und Sensorparameter VWDSSTAT Sicht Stations Verwaltungsinformation Diese Aufstellung bezieht sich auf die Applikationsserver Version 2 01 und kann erweitert oder eingegrenzt werden Mit der Online Abfrage des Data Dictionary aus der Datenbank k nnen die aktuellen Angaben verkn pft mit den Angaben zu allen Attributen ermittelt werden Befehl CONTROL DATADICT siehe Anhang A Anhang C Aufbau der grafischen Benutzerschnittstelle 213 C Aufbau der grafischen Benutzerschnittstelle Die grafische Bedienoberfl che wurde durch statische und dynamische HTML Seiten sowie den Webbrowser realisiert Struktur und Aufbau der Seiten sind in Kapitel 5 3 5 beschrieben Entsprechend der Aufgaben gibt es einen Men baum f r beliebige Anwender zur Datenab frage und einen f r den Betr
247. sich die fachlichen Abl ufe nicht oder nur geringf gig ndern Das DV Konzept kann bei langer Laufzeit eher hinterfragt werden eine spezielle Implementierung wird auf Grund des rasanten Entwick lungstempos der Informationstechnik nur wenige Jahre von Bestand sein Das Fachkonzept darf aber nicht als starre Grundlage f r das DV Konzept angesehen werden sondern muss klar die Strukturen und Beziehungen der betrachteten Miniwelt wiedergeben Das Fach konzept bildet das Problem aus fachlicher Sicht in ein strukturiertes Modell ab indem es als Reihe von Vorgangsketten betrachtet wird semantische Modellierung Erster Schritt ist die Zerlegung in Teilaspekte nach dem ARIS Modell zur Bildung der verschiedenen Sichten auf die zu behandelnden Probleme Ausgangspunkt ist das Input Output Modell das die Verarbeitung agrarmeteorologischer Daten zu Informationen beschreibt die als Entscheidungshilfen im Agrarbereich dienen Mit Hilfe eines vereinfachten abstrakten Prozessmodells in dem die Vorgangsketten des gesam ten Datenmanagementsystems f r ein agrarmeteorologisches Messnetz zusammengestellt sind kann die weitere Aufteilung auf die verschiedenen Sichten vorgenommen werden Tabelle 5 1 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems Tabelle 5 1 Vorgangsketten des Datenmanagementsystems O
248. sie in definierter Reihenfolge ab Es kann von einem Modem angerufen werden und ber diese Schnittstelle konkret angeforderte Datenbe reiche ausgeben Andererseits realisiert es eine transparente Verbindung zwischen Stations betreuer und Messstation Als zus tzliche Option ist auch das Versenden gepr fter Daten von der Zentrale zum Stationsbetreuer m glich Eine weitere wichtige Option besteht in der Ablage eines st ndig verf gbaren Abbildes der Sensorkonfigurationsinformation Diese Information ist bei dem verwendeten Loggertyp auf dem PC des Betreuers innerhalb des Programms FMA PC abgelegt und w re damit f r die Zentrale eigentlich nicht online verf gbar Durch die bertragung in den Controller wurde die geordnete Ablage der Sensor daten im CW und die Weitergabe dieser Zuordnungstabelle an die Zentrale erm glicht Das sich so ergebende Datenmodell f r die Messdaten Rohdaten und die Sensorzuordnung zeigt Abbildung 5 22 in dem in das allgemeine Modell vgl Abbildung 5 17 die dezentralen Komponenten integriert wurden in der Abbildung oben dargestellt Mit Hilfe dieser Hard und Software wurde eine st ndig verf gbare Schnittstelle zwischen Zentrale und Knoten implementiert 144 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems Datalogger beschreibt PM PE _ wird zuN Controller Messdaten Messdaten FH lt Messdate 1 Konfigurations
249. sors ist eine zyklische Nachkalibrierung Diese wiederum ist so aufwendig dass seit einigen Jahren diese Sensoren doch durch aufwendigere Systeme ersetzt werden n mlich Pyranometer mit geschw rzter Empf ngerfl che und darunter liegender Thermos ule Der Niederschlag wird in 1 m H he ber dem Boden gemessen Das dazu verwendete Messsystem besitzt einen Auffangtrichter mit der standardisierten Auffangfl che von 200 cm und einer Horner schen Wippe 64 die nach definierter F llung mit Wasser in die jeweils andere stabile Lage kippt wobei die Kippbe wegung einen elektrischen Impuls ausl st Zum Verringern von im Auffangtrichter auftre tenden Verschmutzungen ist ein Vogelschutz Draht eine kleine Edelstahldrahtwendel ca 1 cm nach au en versetzt am Trichterrand angebracht Einige Stationen sind zus tzlich mit Bodentemperaturgebern in 50 cm Tiefe und Blattn ssesensoren 1 m ber dem Boden best ckt Der Blattn ssesensor simuliert den Benetzungszustand von Pflanzenteilen auf der Grundlage der Untersuchungen an realen Objekten 54 Befinden sich auf der Sensorober fl che ausreichend gro e Wassertropfen oder ein geschlossener Film gibt der Sensor ein logisches Signal 1 aus im anderen Fall 0 trocken Stand der Technik 71 Eine bersicht ber die eingesetzten Sensoren gibt Tabelle 2 7 F r spezielle Untersuchun gen in Sonderkulturen Hopfen und Obstbau wurde an vereinzelten Stationen die Modulari t t ausgenutzt und noch weite
250. sse Die Bayerische Staatsregierung hat 1989 mit dem Pro gramm umweltgerechter Pflanzenbau 103 ein System vorgestellt das basierend auf exakter Datenerhebung und verwaltung in einer Schlagkartei durch Laboruntersuchungen und automatisch erfasste Wetterdaten dem Landwirt EDV gest tzte Entscheidungshilfen anbietet Die Realisierung des fl chendeckenden Ausbaus des heute ca 115 Messstationen umfassenden und t glich etwa 150 000 Messwerte liefernden Netzes begann 1989 5 Begr ndet durch die landschaftliche und klimatische Vielfalt sowie die gro e fl chenm ige Ausdehnung des Bundeslandes ist dieses das agrarmeteorologische Messnetz mit der gr ten Anzahl an Messstationen Es war das erste automatisch arbeitende agrarmeteorologische Messnetz in Deutschland Weil es in k rzester Zeit realisiert wurde ist es bezogen auf die technische Ausstattung der Stationen die alle die Forderungen der VDI 3786 erf llen sehr homogen Es kommen weitgehend einheitliche Messstationen eines Typs eines Herstellers zur Anwendung Die Stationen wurden bei Landwirten oder auf staatlichen Versuchsbetrie ben von einer Anlagenbaufirma Elektrotechnik Elektronik installiert und anfangs auch betreut 2 4 1 Messstation Die verwendete modulare Messstation FMA 86 Weihenstephan wurde von der Firma f r Klimatologische Messtechnik Wilhelm Lambrecht GmbH G ttingen hergestellt In der genutzten Konfiguration entspricht sie dem gemeinsamen Konzept vo
251. ssen sie dynamisch ber die Zeit aufgezeichnet werden Eine gebr uchliche M glichkeit der Aufzeichnung der elektrischen Signale ber bestimmte Zeitr ume bieten Datenlogger Sie besitzen Eingangswandler f r analoge und digitale elektrische Signale sowie eine Steuer und eine Speichereinheit auf der Basis eines Mikroprozessors Die gemessenen elektrischen Signale k nnen entsprechend eingebauter Kennlinien oder Umrechnungsvorschriften wieder in die eigentlichen physikali schen Messgr en umgerechnet werden Die Weiterverarbeitung der gespeicherten Messda ten erfolgt meist auf einem universell einsetzbaren Computer wie dem PC Aus diesen Komponenten aufgebaute Messstationen zur Erfassung meteorologischer Gr en sind im allgemeinen variabel konfigurierbar und universell f r verschiedene Anwendungsbe reiche einsetzbar Bis Anfang der 80er Jahre waren derartige Wetterstationen technisch und finanziell sehr aufwendig Beginnend in den USA wurden jedoch kleine kosteng nstige 56 Stand der Technik Systeme entwickelt die f r landwirtschaftliche Anwendungen und Umweltmessungen tauglich waren 13 http www campbellsci com history html In enger Zusammenarbeit zwischen Agrarmeteorologen Pflanzenbauspezialisten Landtechnikern und Herstellern klimatologischer Messsysteme wurde in Deutschland eine Kleinwetterstation f r die Nut zung in der Landwirtschaft konzipiert 140 Die berpr fung der messtechnischen Eigen schaften solcher Systeme
252. st eine durchgehende Strategie die den gesamten Lebenszyklus begleitet also Planung Durchf hrung und Kontrolle aber auch Projektsteuerung sowie Qualit tssiche rung unterst tzt und dokumentiert Als Vorgehensmodell zur Orientierung bei der Planung und Kontrolle von Softwareprojekte wird h ufig das Prototypingmodell herangezogen Abbildung 2 4 Anforderungen erheben A A Prototyp Design Prototyp Realisierung Anforderungen bewerten und d verfeinern Produkt A ingenieurm ssig entwicklen Abbildung 2 4 Prototypingmodell nach RAASCH 113 Da dem Test einer Applikation eine wichtige Rolle zukommt muss entweder parallel zu Softwareentwurf und erstellung eine globale Teststrategie entwickelt werden oder das Stand der Technik 35 Ergebnis der Softwareentwicklung in allen Entwicklungsphasen partiellen Tests unterzogen werden Damit die Wiederaufbereitung eines Problems bei festgestellten Fehlreaktionen nicht zu gro und un berschaubar wird werden berpr fungen im Rahmen berschaubarer Programmteile oder Entwicklungsstufen definiert Aus einem groben Programm Prototypen der noch nicht alle Funktionen des Programmierziels realisiert wird stufenweise das endg l tige Programm geschaffen Die in diesen Stufen angefertigten Prototypen werden komplexen Tests unterworfen und alle signifikanten Fehler ermittelt Aus den getesteten und vom Auftraggeber abgenom
253. stauschbarkeit stark begrenzt Offene Systeme 11 114 134 dagegen zeichnen sich aus durch e Interoperabilit t Portabilit t Skalierbarkeit Standards Interoperabilit t bedeutet dass verschiedenartige heterogene Systeme mit unterschiedli chem Zweck so in einem Verbund zusammen wirken k nnen dass sie dem Benutzer wie ein 32 Stand der Technik homogenes Leistungsgef ge erscheinen Sie fordert die M glichkeit der gemeinsamen Nutzung von Daten Prozessoren und Programmen im gesamten System Portabilit t hei t bertragbarkeit der Software ohne wesentliche nderungen auf ver schiedene Computersysteme Sie bedeutet auch die bertragbarkeit der Daten was nur durch die Standardisierung der Codierungen und Darstellungsformen sowie einheitliche Zugriffs schnittstellen m glich ist Portierbarkeit umfasst au erdem eine einheitliche Benutzerober fl che so dass die Personen die mit dem System arbeiten einen Plattformwechsel ohne zus tzlichen Lernaufwand und kurzfristige Effizienzverluste vollziehen k nnen Skalierbarkeit ist ein Teilaspekt der Portierbarkeit und bedeutet dass ein System entspre chend der geforderten Leistungsf higkeit adaptiert werden kann und auf unterschiedlich gro er oder ausgebauter Hardware im Extremfall auf einem Notebook und auf einem Gro rechner Mainframe einsetzbar ist Verschiedene Gremien Standardisierungsinstitute sowie die Industrie arbeiten an der Standardisierung
254. stimmt Befehls oder Antwortbeginn oder und Ende oder Eine M glichkeit zur bertragung von Sonderzeichen die nicht im ASCII Zeichensatz vorhanden oder zur Protokollsteuerung reserviert sind Kennungen etc wird durch eine hexadezimale Umschreibung realisiert quoted Hex Darstellung wie sie auch im CGI verwendet wird siehe http teamone de selfhtml tgbf htm a2 Als Aktions Codes werden Ausf hren eines Kommandos eXecute X und R ckgabe von angeforderten Daten Retrieve R verwendet Es sind weiterhin noch Einf gen von Daten Insert D und Aktualisieren von Daten Update U definiert Als St ckelung f r Abfragen Retrieve wird vorrangig satzweise S verwendet also auf jede Anfrage wird eine sofortige Antwort erwartet Bei der Daten bertragung zum Server Execute Insert Update k nnen blockweise St ckelungen B vorgenommen werden um die Daten inner halb eines Blockes als Einheit zu bearbeiten Plausibilisierung Festschreiben in der Daten bank Als Meldungen kommen im Meteo Protokoll Version 2 in Frage e Verschiedene Kommandos Aktion eXecute LOGON zum Start der Verbindung Benutzer Zugangspr fung LOGOFF Abmelden und Verbindungsabbau CONTROL Steuer und Kontrollkommandos CNPAR Steuerung des Datenlieferungs Systems CNVLR Ablaufsteuerung der Datenlieferung DSLOGC Protokoll der Datenlieferung VLR Rohdateneintrag e Verschiedene Date
255. t eneenenen 88 3 1 2 1 Datenerfassung ber BR een aa aa 88 3 1 2 2 Datenbereitstellung ber BR en eu 89 3 1 2 3 Offenheit des Informationstechnischen Systems 89 EE Sasse 90 32 3 ENEE esse 91 4 Ausgew hlte Mittel und Verfahren f r die Entwicklung des offenen D tenmanagementsystenscnn suea nl RE Re 93 4 1 Applikations Software ana einen 94 SEL Rue ee ee 95 Inhaltsverzeichnis 7 4 1 2 Analyse Definition und Entwurf ana 95 4 1 2 1 Standardisierte Beschreibungs und Entwcklungsblten 96 4 1 2 2 Strukturierte Analyse Real Time Analysis ueseneessersensennneennenn 101 4 1 3 Programmiersprachen und wvsteme 102 42 Datenbank a ne Ee ee 104 4 3 Hardware und Standardsoftware nseneeeasese en 105 5 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems ee 107 5 1 Definition des Informationsflusses und des Datenmodells 0 ssessssesseseseeeseeeessesee 108 SKS MR Ve le E 113 3 1 2 Orsafisatenssichl nein a ikea 117 E e EE 118 KSE De EE 121 5 2 Entwurf des offenen Datenmanagementswvstems 125 5 2 Zentrale Komponenten linkes Bee be 125 SEI 125 E TE 130 32 2 elteren deeg Eed 132 3 2 2 1 Datenabrufsysten a nen nee een 132 5 2 2 2 D tenpr f ng Kontrolle Wartung sn 135 32 23 D tenbereitstelune es een een 136 5 3 Implementierung des offenen Datenmanagementsystems s ssssessessssseesseesresresseese 140 5 3 Datenbasis aaa skin Ri a o a ia 140 3
256. t http www met utah edw jhorel html mesonet info information html 1998 N N SCO State Climate Office of North Carolina http www nc climate ncsu edu sco agnet agnet html 1998 N N CIMIS California Irrigation Managemant Information System http wwwdla water ca gov cimin cimis hg 1998 N ssel S Umweltgerechter Pflanzenbau Ein Programm stellt sich vor In Pressekonferenz des Bayer Staatsministers f r Ern hrung Landwirtschaft und Forsten M nchen BayStMELF 1988 Petroski T John The Texas MesoNet Program Literatur 195 105 106 109 110 111 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 http www met tamu edu texnet mesonet html 1998 Pollem N PHP eingebettete Scriptsprache In iX Multiuser Multitasking Magazin 1999 Nr 7 S 76 80 Pomberger G und G Blaschek Software Engineering Prototyping und objektorientierte Software Entwicklung M nchen Wien Carl Hanser 1996 337 S Prasad N S IBM Mainframes Architecture and design New York McGraw Hill Book Company 1989 332 S Precht M und R Kraft Bio Statistik M nchen R Oldenbourg 1993 460 S Precht M N Meier und J Kleinlein EDV Grundwissen eine Einf hrung in Theorie und Praxis der modernen EDV Bonn Paris u a Addison Wesley 1996 436 S Raasch J Systementwicklung mit strukturierten Methoden ein L
257. t Das Me netz wird seither von der Landesanstalt f r Bodenkultur und Pflanzenbau betreut Ziel ist die Verfeinerung der pflanzlichen Produktion durch die Bereitstellung EDV gest tzter Entscheidungshilfen in den Bereichen Pflanzenschutz und Stickstoffd ngung Dadurch wird eine Kostenentlastung bei den Bauern und eine Verringerung des Eintrags an Stickstoff und Pflanzenschutzmittelr ckst nden in die Umwelt erwartet Die Ausstattung der Me stationen mit Sensoren wurde speziell auf die Anforderungen im Pflanzenbau abgestimmt Aufbau und Funktion der Wetterstationen Bayerische Landesanstalt f r Bodenkultur und Pflanzenbau LBP M nchen Tel 089 17800 0 A 2 Ansprechpartner W Kerscher Tel 235 J Weigand Tel 226 Technische Realisierung Landtechnik Weihenstephan StMELF Landwirtschaft Pflanzenbau E http www stmelf bayern de landwirtschaft pflanze pflanze html Abbildung C 1 Begr ungsseite der Datenbereitstellung 214 Anhang C Aufbau der grafischen Benutzerschnittstelle SZ BayStMLF Landwirtschaft Netscape Bisi E Eile Edit View Go Communicator Help Landesanstalt f Wetterdatenabruf Bodenkultur und Agrarmeteorologisches Me netz Bayern I EHE LEPE Pflanzenbau Staatsmi StMELE Landwirtschaft Pflanzenbau Wetterdaten Anfang f r Landwirtschaft und Forsten R P Me werte von Agrarmeteorologischen Me stationen in Oberbayern Ern hrung
258. t nde wurden durch Zustandsdiagramme oder Zustandsautomaten endliche Automaten modelliert Ein Zustand repr sentiert eine Zeitperiode in der das System ein beobachtbares Verhalten zeigt Ein Ereignis in der Umgebung oder eine Aktion versetzt das System in einen anderen Zustand Im Zustandsdiagramm werden die Zust nde durch Rechtecke mit aussagekr ftigen Namen dargestellt Pfeile kennzeichnen die berg nge zwischen Zust nden und werden mit dem ausl senden Ereignis und der folgenden Reaktion Ereignis Aktion beschriftet Abbildung 4 7 Mittel und Verfahren f r die Entwicklung des offenen Datenmanagementsystems 101 y y Ereignis a Zustand 1 en Zustand 2 u J Zustand 3 ae E N Abbildung 4 7 Zustandsdiagramm Beispiel zur Darstellung der Elemente 113 4 1 2 2 Strukturierte Analyse Real Time Analysis F r die Wahl des Analyseverfahrens wurde die Applikation zuerst auf Ihren Schwerpunkt hin untersucht F r die Witterungsdatenerfassung sind das Steuerung Stationsdatenabfrage und Datenablage f r die Datenbereitstellung Datenauswahl und Pr sentation Benutzerschnitt stelle Besondere Bedeutung haben die Schnittstellen zwischen den Komponenten Da die gesamte Steuerung der Benutzerschnittstelle der Standardsoftware berlassen werden konnte ist f r sie nur die Benutzersicht das Aussehen nicht aber das grafische Ein Ausgabe Umfeld Fenstersystem Ereignissteuerung zu modellieren Som
259. t an gelegentli che Nutzer oder Neueinsteiger sind sensitive Gebietskarten In ihnen sind die Standorte der Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 157 Messstationen markiert und aktiv d h beim Anklicken wird eine Zusammenfassung der aktuellen Daten der Messstation angezeigt Die zweite Variante ist eine Liste mit Stations nummer und Name die insbesondere f r regelm ig wiederkehrende Anwender ein schnel les Auffinden der von ihm gew nschten Daten erm glicht Die dritte M glichkeit beinhaltet nach Regierungsbezirken oder nach Stationsnummer geordnete Tabellen mit Verweisen zu den Datenseiten oder zu Stationsinformationen Auf der Datenseite selbst sind Verzweigun gen zum individuellen Ver ndern der Datenauswahl Zeitbereich Sensoren Messorte zum Abruf der Stationsinformation bezogen auf den vorher festgelegten Standort der Station und zu allgemeinen Informationen enthalten Abbildung 5 26 Da sich die CGI Programme selbst durch einen URL mit angef gten Parametern ansprechen lassen k nnen nat rlich auch die zum Webbrowser geh renden Navigationshilfsmittel wie z B Lesezeichen genutzt werden Die Anwenderseiten befinden sich auf http www stmif bayern de lbp agm abgedruckte Beispiele im Anhang C 1 Bis Legende statische Seiten ORAU OA GE GE dynamische Seiten U N E UHA a GOEN WG SL gt Datenabrufseite E 00
260. t definierten Trennzeichen zwischen den Datenfeldern und Datens tzen unter Benutzung des ASCII Zeichensatzes American Standard Code for Information Interchange 69 Den prinzipiellen elektronischen Aufbau eines Datenloggers veranschaulicht das Blockdiagramm Abbildung 2 8 60 Stand der Technik spannung Schnittstelle und Ausgangssignale Spannungs Treiber Interface Digital UO versorgung Mikroprozessor Dee Schnittstelle ND Echtzeit Dee Tastatur Wandler Referenz fl chtiger u Daten hr Speicher speicher Ka Analog Multiplexer Referenz analoge Eingangssignale Abbildung 2 8 Blockdiagramm eines Datenloggers nach Friedrichs 38 2 2 2 Organisation Vorverarbeitung Speicherung und Weitergabe dezentral erfasster Daten Sollen die erfassten Messdaten direkt am Erfassungsort gespeichert verarbeitet und genutzt werden k nnen die normalerweise mit einer Wetterstation gelieferten Monitorprogramme verwendet werden Aus technischer Sicht ist diese L sung kurzfristig f r einen Landwirt als Hauptanwender der Daten meist v llig ausreichend Langfristig und aus wirtschaftlicher Sicht ergeben sich aber Probleme Neben den Anschaffungskosten bernimmt der Betreiber allein die Pflege der Messstation mit dem Ziel der zuverl ssigen Datenlieferung Daraus ergibt sich die Gefahr der Verwendung ungesicherter Messdaten denn aus Kostengr nden oder Zeitmangel wird meist auf eine regelm ige professionelle Pflege und
261. te 113 101 Abbildung 4 8 Einsatz der Basiskonzepte in Strukturierter Analyse SA und Real Time Analysis RT nach BATZERT E a rasen 102 Abbildung 5 1 Input Output Modell mit Schnittstellen sssseseesesseseessesseseesesseseesssseees 107 Abbildung 5 2 Messdatenabruf als ereignisgesteuerte Prozesskette mit Datenfluss 110 Abbildung 5 3 EPK und Datenfluss der Datenpr fung und zusammenfassung 111 Abbildung 5 4 EPK und Datenfluss der Datenbereitstellung im WWW 113 Abbildung 5 5 Funktionsbaum des Datenmanagementsystems s ssessesessseesseserssressessresees 114 Abbildung 5 6 Funktionsbaum der Unterfunktion Datenabruf Ablaufsteuerung 115 Abbildung 5 7 Funktionsbaum der Unterfunktion Datenabruf Stationsabfrage 115 Abbildung 5 8 Funktionsbaum der Unterfunktion Datenabruf Datenbankeintrag 116 Abbildung 5 9 Unterfunktionen der Benutzerschnittstellen zur Datenbereitstellung 117 Abbildung 5 10 Aufbauorganisation des Messnetz Betriebes als Organigramm 118 Abbildung 5 11 bersicht ber die Datenstrukturen im Messdaten Managementsystem als E RE 119 Abbildung 5 12 Flussdiagramm Datenabruf bersicht 122 Abbildung 5 13 Datenflussdiagramm zur Datenpr fung und zusammenfassung 123 Abbildung 5 14 Datenflussdiagramm Online Datenbereitstellung mit Zwischenspeicher 124 Abbildung 5
262. te System wurde durch die Realisierung im prototypingorientierten Life Cycle Modell laufend erweitert und verfeinert Bestimmte Teile des Systems wurden aus Perfor mance und Handhabungsgr nden f r den PC entwickelt und sp ter auf den Gro rechner portiert z B das gesamte Pr fungs und Zusammenfassungssystem 6 2 Praktische berpr fung der Offenheit Eine weitere grundlegende berpr fung des Konzepts konnte im Jahr 2000 im Rahmen der Erneuerung der Datenlogger nach 10 j hrigem Einsatz erfolgen Dabei wurde das 5 Jahre mit hoher Qualit t laufende Datenabfragesystem vollst ndig erneuert Die Ursache daf r war die veralterte von IBM gepr gte Systemtechnik Betriebssystem OS 2 Datenbankanbindung ber Distributed Relational Database Architecture und Token Ring Netzwerk Als Grundlage f r die Erneuerung diente das in der vorliegenden Arbeit beschriebene Konzept mit dem darin aufgestellten Informationsmodell Die Implementierung wurde auf der Basis der Programmiersprache Java als nunmehr vollst ndig portable Software realisiert Die Migration konnte wiederum sanft also schrittweise ohne Beeinflussung der noch nicht umger steten Anlagen im laufenden Produktionsbetrieb ohne wesentliche Vorlaufzeit mit geringem Arbeitsaufwand durchgef hrt werden Die Struktur der vorher in C implementier ten modularen und teilweise an die Objektorientierung angelehnten Datenabfragesoftware konnte weitgehend in Java Klassen berf hrt werden Op
263. te dient der strukturierten Analyse SA der Real Time Analyse RT der semantischen Modellierung der Datenstruktur SM und dem strukturierten Design SD oder dem objektorientierten Design OOD 113 Die Beschreibung von gesteuerten aufeinanderfolgenden Ereignissen und der dabei genutzten Ressourcen kann durch Vorgangsketten erfolgen Daraus abgeleitete Diagramme werden f r die Beschreibung von ereignisgesteuerten Prozessketten mit oder ohne Ber cksichtigung des Datenflusses eingesetzt Ein Beispiel einer einfachen Prozesskette zur Auflistung der verwendeten Darstellungselemente zeigt Abbildung 4 3 ausl sendes ex Ba ausl sendes f ent ne gt A S nl kn p In Jung A ee Funktion Organisations i Ressource Prozess Daten einheit N Be Er 9 Ergebnis ZEN EN ZN Verkn pfungsarten v oder OR v entweder oder XOR er und AND KEEN KE RG Abbildung 4 3 Beispiel eines Vorgangsketten und eines ereignisgesteuerten Prozessketten diagramms zur Auflistung der verwendbaren Elemente Datenstrukturen werden aussagekr ftig mit Entity Relationship Diagrammen und Data Dictionary modelliert Diese Modelle erlauben die grobe Abstraktion mit immer tiefer werdender Verfeinerung als Voraussetzung f r die Umsetzung in die Datendefinitionsspra che DDL des Datenbanksystems Vom Entity Relationship Diagramm auch bezeichnet als ER Diagramm ER Modell ERM gibt es verschiedene
264. teilnehmen wird ein Vermittlungsdienst zur Schaffung der jeweili gen Verbindungen n tig Zwischen den Partnern wird ein Kommunikationsnetz aufgespannt Auf Grund der geologischen Gegebenheiten wird grob zwischen lokalen Netzen local area network LAN und Weitverkehrsnetzen wide area network WAN unterschieden WAN werden im allgemeinen von gro en Dienstleistungsunternehmen z B Telekom Deutsches Forschungsnetz DFN betrieben und als ffentliches oder privates Netzwerk zur Verf gung gestellt LAN befinden sich in rtlich begrenzten Einrichtungen und werden meist auch von diesen betrieben Verschiedene Netzwerke k nnen untereinander durch spezielle Einrichtun gen verbunden werden Damit die zuverl ssige zielgerichtete bertragung der Daten zwischen den Partnern inner halb eines lokalen Netzes genauso wie ber weite Strecken und mehrere beteiligte evtl 44 Stand der Technik verschiedenartige Netzwerke funktionieren kann sind Standards zur logischen und physika lischen Beschreibung des Informationsflusses n tig Der Inhalt der Daten egal ob nume risch Text Bild oder Ton besteht bei dieser elektronischen Daten bertragung in einem Strom von Bits den kleinsten Bestandteilen einer computerlesbaren Information 111 abgebildet durch einen elektrischen Schaltzustand oder Impuls Diese sequentielle Bitfolge wird durch eine Reihe von Vorschriften strukturiert die als Protokoll bezeichnet werden Dabei kann der bertragungsweg
265. ten f r das Messnetz zwingend notwendig Weitere Gr nde f r die Unzuverl ssigkeit der Datenfern bertragung waren die Steuerung der Datenlieferung durch die Zeitschaltuhr die den PC zum gew nschten Lieferzeitpunkt einschaltet sowie die dynamische Anpassung der Startdateien des PC Verbleibt beim Ausschalten des PC versehentlich eine Diskette im PC konnte dieser die Datenabruf Routine zum erforderlichen Zeitpunkt nie starten Ein weiterer Mangel war die Ausrichtung der bertragung auf den aktiven PC Damit diktiert dieser den Zeitpunkt der Lieferung Im Fall einer nicht stattgefundenen bertragung oder als fehlerhaft eingestuften Daten kann von der zentralen Datenbank ausgehend keine automatische Nachforderung der Daten stattfinden Es Problem und Zielstellung 89 ist immer eine Person erforderlich die den PC an der Station als potentielle Fehlerquelle kontrolliert 3 1 2 2 Datenbereitstellung ber Btx Die M ngel dieser Benutzerschnittstelle lagen nicht in der Anwendung selbst sondern in der Technologie auf der sie basiert Werden die in Kapitel 2 1 2 2 zur Zukunft von Btx T Online getroffenen Betrachtungen ber cksichtigt so kann diese L sung in Zukunft nur noch wenige Interessenten erreichen oder sie verursacht zus tzliche Kosten und eine Bindung an einen speziellen Online Dienst Provider Jede Erweiterung und Anpassung dieses Systems w re umst ndlich und unzeitgem Au erdem findet im internen Bereich des BayStMELF un
266. ten wurden und zum Teil auf Normungsans tze zur Gestaltung der Schnittstellen zugreifen Tabelle 2 8 Tabelle 2 8 Genormte Schnittstellen des Datenerfassungssystems Datenlogger PC RS 232C ANSI CCIRR DIN siehe Kap 2 2 1 PC Btx Einwahlknoten CEPT CCIRR 70 Btx System Externer Rechner Btx ER Datex P Deutsche Bundespost X 25 X 21 CCIRR 70 2 4 4 Datenbank 2 4 4 1 Datenbankserver und Datenbankmanagementsystem Die zentrale Datenbank befindet sich auf dem Gro rechner des BayStMELF der vom 78 Stand der Technik dortigen Rechenzentrum als Hochverf gbarkeits und Hochleistungssystem betreut wird Das System ist ein IBM Mainframe der Hardware Familie ES 9000 sp ter ESA 390 mit dem Betriebssystem MVS ESA 109 116 Als Datenbank Managementsystem DBMS kommt IBM DB2 zum Einsatz ein voll transaktionsf higer SQL Datenbank Server mit verschiede nen Steuer Programmier und Netzwerkschnittstellen 17 21 Wie bei relationalen Datenbanken blich werden die Informationen als Tabellen abgelegt Das Managementsys tem verwaltet neben den Wetterdaten eine Vielzahl weiterer logischer Datenbanken die nicht in fachlichem Zusammenhang mit dem agrarmeteorologischen Messnetz stehen und auf die nicht weiter eingegangen wird Wird im folgenden von der Datenbank gesprochen ist immer der vom DBMS referenzierte Bereich gemeint in dem die agrarmeteorologischen Daten abgelegt sind Neben den Stundendaten sind das Informationen
267. teorologische Messstationen entsprechend VDI 3786 in Erg nzung zu den Messstationen des DWD betrieben Ihre Daten werden t glich automatisch abgerufen zentral auf Plausibilit t gepr ft und mit Hilfe des Programmsystems AMBER 85 ausgewertet Als Ergebnis entsteht dreimal w chentlich ein Wetterfax f r die Land wirtschaft 63 Ebenfalls als Erg nzung zu den Stationen des DWD werden in Niedersachsen 23 agrarmete orologische Messstationen nach VDI 3786 mit zus tzlichen Windrichtungssensoren betrie ben Die Stundenmittelwerte und Tagesextremwerte werden im Online Betrieb zentral beim Betreiber erfasst und f r Prognosemodelle in den Bereichen Pflanzenschutz und D ngung bereitgestellt Das Messnetz in Rheinland Pfalz besteht aus 30 Stationen nach VDI 3786 Auch hier werden die Daten per Telefon Modem zentral abgefragt und im zentralen Datenbanksystem AGMEDA des Betreibers abgelegt Dort stehen sie f r die Auswertung in Prognosemo dellen zur Verf gung Seit 1997 existiert eine Bereitstellung ausgew hlter Daten im WWW 167 Neueste Bestrebungen sollen zu einer Vernetzung der Daten mit anderen bestehenden Messnetzen und einem gemeinsamen Metadatenbestand f hren Auf Grund der Umstrukturierung der Landwirtschaft in den neuen Bundesl ndern ist auch dort in den landschaftlich st rker strukturierten Gebieten der Bedarf nach regionalen agrar meteorologischen Messdaten f r die Realisierung einer umweltgerechten Pflanzenprodukt
268. ter cm Zentimeter cm Quadratzentimeter S Grad Celsius Temperatur relativ Hz Hertz MHz Megahertz K Kelvin Temperatur Absolut Q Ohm elektrischer Widerstand V Volt mV Millivolt Eingetragene Warenzeichen Access Datenbanksystem der Microsoft Corp DB2 Datenbankmanagementsystem der IBM Corp Excel Tabellenkalkulationssystem der Microsoft Corp Java Programmiersprache SUN Microsystems Corp MS Office _Officeprogramm der Microsoft Corp MS Windows Betriebssystemfamilie der Microsoft Corp Oracle Datenbankmanagementsystem der Oracle Corp proPlant bzw proPlant expert Pflanzenschutz Beratungssystem der pro_Plant GmbH SmartSuite Officeprogramm der Lotus Corp Einleitung 21 1 Einleitung Wetter und Klimainformationen haben f r die Landwirtschaft eine besondere Bedeutung da das Klima neben Boden und Pflanze selbst bestimmender Produktionsfaktor im Pflanzenbau und auch f r viele weitere Bereiche der Landwirtschaft prozessbestimmend ist 29 Mit der zunehmenden elektronischen Informationsverarbeitung auf dem Agrarsektor Buchf hrung Betriebsplanung Ackerschlagkartei w chst der Bedarf an daf r geeigneten automatisch erfassten Eingangsdaten Bereits 1988 wurde mit dem Programm Umweltgerechter Pflan zenbau 103 ein System vorgestellt das basierend auf exakter Datenerhebung und verwaltung in einer Schlagkartei durch Laboruntersuchungen und automatisch erfasste Wetterdaten dem Landwirt EDV gest tzte Entschei
269. terungsf higkeit Diese praxisorientierten Vorgaben sollen durch die Schaffung eines universellen offenen Systems erreicht werden das sich vorrangig auszeichnet durch e Anwendung oder Schaffung von Standards e Portabilit t und Interoperabilit t Anwendbarkeit in heterogener Umgebung e Skalierbarkeit und modularer Aufbau in Client Server Architektur Dabei sollen moderne nachvollziehbare Methoden der Modellierung und Realisierung von Informationssystemen eingesetzt werden die wiederum die effektive Nutzung von verbrei teten standardisierten Kommunikations und Informationsdiensten erm glichen Bei der Weiterentwicklung des Datenmanagementsystems f r das Bayerische agrarmeteoro logische Messnetz sind au erdem Grunds tze f r Arbeiten an produktiv arbeitenden Anlagen zu beachten das bedeutet konkret Der laufende Betrieb des Datenmanagementsystems muss Problem und Zielstellung 9 in jeder Erweiterungsphase garantiert sein Datenverluste d rfen nicht stattfinden gegebe nenfalls sind tempor re Mechanismen zu installieren die eine Nachlieferung oder Offline Erfassung von Messdaten sichern die nicht bei der zentralen Datenbank eingegangen sind Einschr nkungen in der Aktualit t der Messwerte k nnen nur dann in Kauf genommen werden wenn von einer dedizierten Nachbarstation Messwerte verf gbar sind die f r den Anwender noch akzeptable Eingangsdaten f r Entscheidungshilfen liefern Als Ausblick soll eine Einordnu
270. tet werden konnten In der n chsten Ausbaustufe wurden die Datenbankanbindungen schrittweise mit lokalen Datenbanken dann mit entfernten Datenbankservern realisiert und getestet Die Eingangs messdaten wurden von den Messstationen ber die Stationscontroller abgerufen ohne f r die Produktionsdatenbank verloren zu gehen Als letzte Ausbaustufe wurden die Systeme f r den wartungsarmen vollautomatischen Dauerbetrieb optimiert Bei den selbst entwickelten Client Server Applikationen wurden erst die Serverschnittstellen implementiert und mit Testdaten berpr ft und nach ausreichend stabiler Funktion die clientseitigen Schnittstellen Nach Durchlaufen der Tests wurde das Zusammenwirken der Schnittstellen berpr ft und optimiert F r die ausf hrliche Beurteilung des Verhaltens der Module und Modulverbin dungen wurden sowohl in den Testphasen als auch im Produktionsbetrieb ausf hrliche 160 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems Logbuchdaten aufgezeichnet und ausgewertet Parallel blieb f r den Betrieb des Messnetzes die alte Datenbank und das Btx Daten bertragungssystem solange bestehen bis die bertra gungssicherheit des neuen Datenmanagementsystems die der bestehenden L sung bertraf In den weiteren Abschnitten soll auf einzelne Untersuchungsergebnisse n her eingegangen werden mit denen eine Beurteilung der Qualit t und Stabilit t des Datenmanagementsystems stattfinden kann 5 4 1 Datenabrufsyste
271. timale Voraussetzungen f r die neue Implementierung bot das von der Implementierung aller umgebenden Komponenten unabh ngige relationale Datenmodell f r die Steuerung und Datenerfassung F r Klassen des offengelegten Applikationsprotokolls Meteo Protokoll die auf dem Hit Protokoll 15 basieren konnten Bausteine des Systems HI Tier im agrarmeteorologischen Datenmanage mentsystem wiederverwendet werden F r zuk nftige Entwicklungen wurde die Modularit t der Software konsequent in die ausf hrbaren Programme weitergegeben so dass eine weitere Client Server Zerlegung stattfinden konnte Abbildung 6 1 178 Diskussion der Ergebnisse Messstation Datalogger DF Firewall Intranet Plug Gateway Internet H Administrations Datanabruf VM system e z werkzeuge NM r Client Client Ee Java Application e i m gliche externe i meieo Datenabruf EEN l i e J Protokoll Bai systeme i e l N Client i meteo aoi I d SOL Protokoll e AC ees E ci Firewall e i Applikations aan JDBC Server ODBC Java Protokoll Application 2 Web Server CGl Script C Programm Web Browser Client Datenbank oo oo 0 0 0000 oo 0000 Applikation Protokoll Client Abbildung 6 1 Schematischer Datenfluss nach der Erweiterung der Client Server Architektur zur Datenbereitstellung f r den Datenabruf Folgerungen und Ausblick 179 7 _ Folgerungen und Ausblick 7 1
272. tration Organization in Germany Aachen Gesellschaft f r Informatik in der Land Forst und Ern hrungswirtschaft 1999 S 50 190 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 Literatur Carmanns R HI Tier das nationale Herkunftssicherungs und Informationssystem f r Rinder im ersten Jahr nach seiner Einf hrung In Berichte der Gesellschaft f r Informatik in der Land Forst und Ern hrungswirtschaft Berlin Weihenstephan Gesellschaft f r Informatik in der Land Forst und Ern hrungswirtschaft 2000 S 306 Chamberlin D D A Complete Guide to DB2 Universal Database San Francisco Calif Morgan Kaufmann 1998 795 S Chen P The Entity Relationship Model Toward a Unified View of Data In ACM Transactions on Database Systems 1976 Nr 1 S 9 36 Codd E F The Relational Model for Database Management Version 2 Reading Mass u a Addison Wesley 1990 538 S Crawford K The Oklahoma Mesonet Norman OK The Oklahoma Mesonetwork Oklahoma Climatological Survey 1993 16 S Date C J und C J White A Guide to DB2 Reading Mass Addison Wesley 1993 505 S Deck S und P Phipps Critical Corp and Weather Information Go Online in Virginia In Resource ASAE 1996 Nr 2 S 8 11 Deutsch M Unternehmenserfolg mit EDI Braunschweig Vieweg 1995 259 S Deutsches Institut f r Normung DIN 66259 Elektrisc
273. tunden Durchschnittswerte Min und Max Werte nur bei Ausgabe von Tageswerten Blattn sse Globalstrahlung und Bodentemperatur 50 cm nicht bei allen Stationen verf gbar Wenn Sie Datenausgabe im ProPlant bzw PASO Format gew hlt haben m ssen Sie hier nichts ankreuzen weil in diesem Fall die auszugebenden Daten bereits festgelegt sind F r die Nutzung des ProPlant Formates ben tigen Sie noch die Beschreibungsdatei ID_DESC PPD RI RI Bodentemperatur 5 cm KI Bodentemperatur 20 cm Bodentemperatur 50 cm Luftfeuchte Windgeschwindigkeit m KM Blattn sse Niederschlag Globalstrahlung Auftrag absenden A zur ck zu A den Daten Tabelle zur ck zur Stations Auswahl Bayerische Landesanstalt f r Bodenkultur und Pflanzenbau LBP M nchen Tel 089 17800 0 A 2 Ansprechpartner W Kerscher Tel 235 J Weigand Tel 226 StMELF Landwirtschaft Pflanzenbau Wetterdaten Anfang 5 Wb Document Done ee Abbildung C 4 Men zur freien Auswahl von Datenbereich zeitlicher Aufl sung Sensoren und Ausgabeformat Anhang C Aufbau der grafischen Benutzerschnittstelle 217 SZ BayStMLF Landwirtschaft Netscape Gelz Eile Edit View Go Communicator Help Bayerisches Staatsministerium f r Landwirtschaft StMELF Landwirtschaft Pflanzenbau Wetterdaten Anfang Wetterstation Nr 8
274. tz von OSS vielversprechend 136 Hier wird z B der Weg beschritten zu einer genormten Schnittstelle im Bereich der mobilen Landma schinen eine h here Abstraktionsstufe f r Programmierer zu schaffen die gleichzeitig eine Objektorientierung und Standardisierung von Informationserfassungs und Prozessteue rungsaufgaben erm glicht Das in dieser Arbeit vorgestellte Applikationsprotokoll Meteo Protokoll und das HIT Protokoll sind weitere Beispiele f r OSS im Agrarbereich 7 2 3 Integrierte Informationssysteme Das Ziel des agrarmeteorologischen Datenmanagementsystems ist die Erfassung Ordnung und Bereitstellung von aktuellen und gesicherten Wetter und Klimainformationen Die weitere Nutzung dieser Informationen erfolgt im Rahmen von Entscheidungshilfesystemen oder landwirtschaftlichen Informationssystemen zum umweltschonenden Pflanzenbau Solche Informationssysteme sind nur realisierbar wenn die zur Verf gung stehenden Informationen von allen beteiligten Komponenten interpretiert werden k nnen Innerhalb von Informationssystemen flie en Datenstr me zur Prozesskommunikation zu Datenbanken zu geografischen Informationssystemen und zu Expertensystemen Die Ergebnisse der Verarbeitung der Daten dieser Komponenten m ssen ber einheitliche Benutzerschnittstellen zur Verf gung gestellt werden dazu wiederum ist die Kommunikation zwischen Datenquel len und verarbeitungseinheiten sowie den Benutzerschnittstellen auf standardisierten Kommunik
275. tzung von Prognose und Entscheidungsmodellen im Pflanzenschutz In Zusammenfassung der Referate zur 3 Arbeitstagung ber Einsatz und Nutzung agrarmeteorologischer Messstationen am 6 und 7 Dezember 1993 Mainz Landesanstalt f r Pflanzenbau und Pflanzenschutz 1993 S 2 1 2 4 H ckel H Zur Messung der Benetzungsdauer von Pflanzen Verfahren und Ergebnisse In Meteorologische Rundschau 1984 Nr 37 S 97 104 H ckel H Meteorologie Stuttgart Ulmer 1990 500 S H ckel H und H Langholz Messungen der photosynthetisch aktiven Strahlung und Korrelation mit der Globalstrahlung In Meteorologische Rundschau 1985 Nr 38 S 75 82 Hamilton G R Cattell und M Fisher JDBC Datenbankzugriff mit Java Bonn Addison Wesley 1998 442 S Hansen H R Einf hrung in die Wirtschaftsinformatik Stuttgart u a Gustav Fischer 1992 952 S Heegering H G Kommunikationstechnologie Stand und Trends In Referate der 21 GIL Jahrestagung in Freising Weihenstephan 2000 Berlin Weihenstephan Gesellschaft f r Informatik in der Land Forst und Ern hrungswirtschaft 2000 S 65 73 Helwig J T Eine Einf hrung in das SAS System Cary NC SAS Institute 1985 106 S Herhan A und A Winkler Elektroinstallation nach DIN VDE 0100 W rzburg Vogel 1994 324 S Hirt C Das Landwirtschaftliche Kommunikationssystem Wien KL 1995 242 S Hoppmann D Fl chendeckende agrarmeteorologische Beratung In A
276. uddy 2 NIG ISO smopu y yyosoAs1N nal di dIL Bumuys ezeg u qq Stand der Technik 47 Die rtlich begrenzte Vernetzung von Rechnern im LAN wird blicherweise durch fest verbundene Rechner Knoten in 4 gebr uchlichen Topologien erreicht die die Art der physikalischen Verkabelung beschreiben Abbildung 2 6 veranschaulicht die als Ring Stern Baum und Bus Topologie bezeichneten Strukturen Stern Vermittler Bus Abbildung 2 6 Netzwerk Topologien Die weitr umige Vernetzung von Rechnern bzw vollst ndigen LANs in einem WAN wird ber die Leitungen von Telekommunikations Unternehmen unter Zuhilfenahme von Ver mittlungsstellen und Umsetzung Verpackung der im LAN genutzten Protokolle in andere standardisierte Protokolle realisiert Dazu bieten diese Unternehmen spezielle Daten bertra gungsnetze und Breitbandnetze an 2 1 2 1 Punkt zu Punkt Verbindungen F r bestimmte Kommunikationsaufgaben kann der Aufbau des Netzwerkes vollst ndig auf der Infrastruktur eines Telekommunikations Dienstes aufbauen und auf wenige Protokoll ebenen beschr nkt werden Obwohl f r das Telefonnetz direkte zur Daten bertragung geeignete Dienste wie ISDN Integrated Services Digital Network drahtgebunden angebo ten werden wird aus Kostengr nden oft noch das analoge Sprach Telefonnetz zur Daten fern bertragung verwendet Als Hilfsmittel wird f r beide Datenendger te ein Modem Kunstwort aus Modulato
277. uf neuen Systemen lauff hig ist Modulare Applikationen die nach dem Baukastenprinzip gestaltet sind k nnen lange Zeit auf verschiedensten Systemen eingesetzt werden Sie werden realisiert durch Objektorientie rung Standardschnittstellen Client Server Architektur und bieten die M glichkeit Module Objekte auszutauschen anzupassen oder zu erweitern Vererbung Wiederverwendbarkeit Diese Grunds tze gelten ebenso in allen Bereichen der Agrarinformatik Hier sind vor allem die Innovationen f r die informationsintensiven Bereiche precision Farming teilfl chen spezifischer Pflanzenbau precision livestock farming rechnergest tzte Tierhaltungsver fahren sowie Betriebsmanagement einzuordnen Im Pflanzenbau sind die Bereiche Positi onserkennung Navigation mittels Global Positioning System GPS Bussystem zur mobilen Maschinenkommunikation Landwirtschaftliches Bussystem LBS und Informationsmana gement auf der Basis von geografischen Informationssystemen GIS sowie die sie verbin denden intelligenten Schnittstellen die Hauptanwendungsbereiche In der Tierhaltung bernimmt neben der elektronischen Tieridentifikation das Management des Informations flusses zwischen Sensoren und Aktoren und die Verdichtung von Eingangsinformationen zu umsetzbaren Prozesssteuergr en eine Schl sselrolle Auf Grund der Vielfalt der Informati onserfassungs und Prozesssteuerungssysteme sowie der zwischen ihnen liegenden Informa tionsaufbereit
278. ufsoftware im Dauerbetrieb durch die Reaktion auf unvorhergesehene St rungen und durch das Verhalten 164 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems nach verschieden schweren St rungen bestimmt St rungen k nnen vor allem durch Ausf lle der bertragungskan le zu den Stationen und zum Datenbankserver hervorgerufen werden Das Wiederaufsetzen auf unterbrochene DF Verbindungen wurde innerhalb der Entwick lungsphase durch kurzzeitige absichtliche Unterbrechungen und der gleichzeitigen Beo bachtung des Systems optimiert Der Ausfall aller m glichen Komponenten der Datenbank anbindung ist vor dem Produktionsbetrieb schwerer zu simulieren Daher wurde im Produktionsbetrieb der Dauerbetrieb des Datenabrufsystems w hrend der zyklisch durchge f hrten Wartungsphasen des Datenbank Serversystems nicht unterbrochen So konnte die Reaktion des Abrufsystems auf die fehlenden Komponenten und das Wiederaufnehmen des Dauerbetriebes mehrmals im Monat berpr ft und optimiert werden Aus den Logbuchauf zeichnungen geht hervor das nur in wenigen Ausnahmef llen ca 4 mal pro Jahr ein Eingreifen durch einen Administrator zur Wiederaufnahme des Produktionsbetriebes n tig war Als Kriterium zur Beurteilung der Stabilit t der DF Verbindung und der Datenbankverbin dung wurden die bertragungszeiten aufgezeichnet und statistisch als Zeitreihen ausgewertet 110 F r die DF wurde die Dauer der Modem Verbindung nach Empfang d
279. ugriff auf Ressourcen unter unterschiedli chen Betriebssystemen erlauben Andere Dienstanbieter im Internet sind News und List Server die auf speziellen Protokollen bzw auf E Mail basierend Informationen an be stimmte Interessentengruppen versenden 50 Stand der Technik Ebenso ist die Nutzung des TCP IP Protokolls f r den universellen Punkt zu Punkt Infor mationsaustausch geeignet In Ebene 6 Darstellungsschicht des OSI 7 Ebenen Modells steht f r diese Aufgabe mit den Berkeley Sockets X Open XPG4 11 ein optimales Client Server System zur Verf gung Sockets sind auch in propriet ren Betriebssystemen wie Microsoft Windows implementiert WinSock 135 Das Prinzip der Sockets beruht in der Bereitstellung eines wartenden Kanals auf der Server Seite der eine genau definierte Adresse besitzt und auf der Client Seite eines Mechanismus zum ffnen eines Kanals der als Zielpunkt den Server Socket besitzt Ein Socket kann gewisserma en als Verbindungskno tenpunkt verstanden werden Auch alle oben genannten Dienste nutzen diesen Kommunika tionspfad e WWW Unter World Wide Web WWW sind Bereitstellung Transport und komfortable Benutzer schnittstellen zum Betrachten von Hypertext Informationen zu verstehen Diese beinhalten neben Text und Steuerelementen zu seiner Darstellung multimediale Objekte wie Bilder oder Tonsequenzen Programme oder mit anderen Anwenderprogrammen erstellte Dokumente sowie Querverweise zu anderen Dokumente
280. ungs und Verarbeitungseinheiten m ssen f r diese spezifischen Aufgaben Verallgemeinerungen und Normen gefunden etabliert und angewendet werden so dass offene Systeme entstehen Eine weitere Bedeutung bekommt die Offenheit der informati onstechnischen Systeme durch ihre enge Kopplung an die landtechnischen Anlagen die den 184 Folgerungen und Ausblick gr ten Teil der Investition ausmachen und deren mechanische Austauschbarkeit und Modularit t eine lange Tradition besitzt 7 2 1 Standardisierung von Kommunikationskan len Ein wichtiger Schritt zur Schaffung offener Systeme im landwirtschaftlichen Bereich ist die Schaffung standardisierter Kommunikationskan le Verschiedene klassische Bussysteme aber auch Ethernet bieten etablierte Standards in den Ebenen 1 4 des OSI Schichtenmodells Insbesondere Ethernet und die TCP IP Protokollfamilie als Grundlage der Internettechnolo gie im lokalen Bereich LAN wird in Zukunft mehr Bedeutung im Bereich Mess und Automatisierungstechnik erlangen 161 162 und damit f r die landwirtschaftliche Prozess steuerung im Innenbereich einsetzbar sein Jedoch sind noch weiterf hrende branchenspezi fische Standardisierungen anzustreben die den direkten Datenaustausch zwischen intelli genten Sensorsystemen und Prozesssteuerungen oder Entscheidungshilfe Systemen regeln Ans tze sind auf der Basis EDI und ADIS ADED zu finden 23 68 So w re eine hnliche Schnittstellendefinition eingebettet in ein
281. usbildung und Beratung 1996 Nr 2 S 24 Horner Ein neuer Regenmesser In Journal f r Chemie und Physik Hrsg v Schweigger 1930 Nr 29 S 36 43 Huttel K P OS 2 Bonn Addison Wesley 1992 561 S IBM Systems Application Architecture Cary North Carolina IBM 1991 163 S International Organisation for Standardisation ISO 7498 Open Systems Interconnection Basic Reference Model 1984 International Organisation for Standardisation ISO 11787 Machinery for Agriculture and Forestry Data Interchange Between Management Computer and Process Computers Data Interchange Syntax 1995 ITI und ANSI Coded Character Set 7 Bit American National Standard Code for Information Interchange 1978 Jiranek S Konzepte Techniken und Perspektiven von Btx Videotext Systemen im Rahmen moderner Kommunikationstechnologie Dissertation Technische Universit t Berlin FB20 Informatik Berlin 1991 232 S Literatur 193 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 Kast W K Einj hrige Pr fung eines Funk Messnetzes und Software Paketes der Firma Adcon f r den Einsatz im weinbaulichen Prognosewesen In Kurzfassung der Referate zur 4 Arbeitstagung ber Einsatz und Nutzung agrarmeteorologischer Messstationen am 28 und 29 November 1995 Mainz Landesanstalt f r Pflanzenbau und Pflanzenschutz 1995 S 8 1 8 4 Kizer M A und J Carlson D Sche
282. utz der Bayerischen Landesanstalt f r Bodenkultur und Pflanzenbau der Abteilung Online Informationsdienste der Bayerischen Landesanstalt f r Betriebswirtschaft und Agrarstruktur sowie den in der Arbeit genannten Herstellerfirmen agrarmeteorologischer Systeme gilt mein Dank f r die praktische Hilfe und Unterst tzung Allen Kollegen der Landtechnik Weihenstephan danke ich f r die angenehme und konstruk tive Arbeitsatmosph re Bei Robert Weinfurtner und Klaudia Klindtworth m chte ich mich besonders f r die Entlastung von anderen Aufgaben und die Hilfe bei der Korrektur der Arbeit bedanken Meiner Familie insbesondere meiner Frau Angela sowie meinen Kindern Jan und Erik danke ich herzlich f r die geduldige Unterst tzung und das gro e Verst ndnis Die vorliegende Arbeit wurde durch das Bayerische Staatsministerium f r Landwirtschaft und Forsten und die Europ ische Gemeinschaft gef rdert Freising Weihenstephan im Januar 2002 Georg Fr hlich Inhaltsverzeichnis 5 Inhaltsverzeichnis Inh ltsverzeichnis innara eege ect ia ai a ap aaa 5 Ehe eege eet ee 11 Babellenyerzeichnis E 15 Verwendete Abk rzungen und Symbole a Reg ke 17 L Einleitung EE 21 2 Stand der Technik naar tee AS te Ed a 27 2 b regeert Eed 28 KS E DT a 31 2 1 1 1 Methoden der Planung und Realisierung usennennnsennnennn 34 2 1 1 2 Hardware und Betriebssystem ent seele 37 2 1 1 3 Prostamm ersptachen ar ae Rein 39
283. verbasierendes System seine Zuverl ssigkeit wurde quantitativ und ausf hrlich mit sehr guten Ergebnissen untersucht vgl Kap 5 4 1 Zur Benutzbarkeit z hlen Robustheit und Fehlertoleranz die ebenfalls ber lange Zeitr ume mit positiven Ergebnissen quantitativ untersucht wurden Die Sicherheit des Datenmanagementsystems wurde durch die Implementierung im Intranet und die ausschlie lich f r die Witterungsda 176 Diskussion der Ergebnisse tenmanipulation nutzbare ffentliche Schnittstelle ausreichend gew hrleistet Die eingesetzte L sung wurde durch die Abteilung f r Sicherheit informationstechnischer Systeme im Bayerischen Staatsministerium des Inneren CERT qualifiziert Aus Entwicklersicht stehen die Argumente zur effektiven Betreuung des Systems im gesamten Lebenszyklus und die Erf llung der Kriterien offener Systeme im Vordergrund Die Erweiterbarkeit und nderbarkeit wird durch Strukturierung Modularisierung und Objektorientierung im Zusammenhang mit einer durchgehenden Modellierung und Doku mentation in allen Entwicklungsstadien gew hrleistet Damit wurde auch eine Grundlage f r die Skalierbarkeit geschaffen die im Zusammenhang mit der Implementierung als lose gekoppelte Client Server Systeme und der Auspr gung wesentlicher Module als paralleli sierbare und mehrfach startbare Threads einen breiten Leistungsanpassungsbereich erlaubt Die Wartbarkeit und Wiederverwendbarkeit steht im engen Zusammenhang mit der E
284. verloren Um die Zerlegung in Teilaspekte trotzdem vollziehen zu k nnen und diesen Informationsverlust auszugleichen wird eine zus tzliche Sicht die Steuerungssicht eingef hrt Werden als Ausgangspunkt der Modellierung ereignisgesteuerte Prozessketten mit Datenfluss und Angabe der beteiligten Organisation verwendet sind die Verbindungen bereits grob erfasst vgl Abbildung 5 2 Eine explizite Aufnahme der Verbindungen zwischen den Sichten und damit eine Systematisierung der Verbindungen kann mit Flussdiagrammen gut erreicht werden Zus tzliche Informationen aus der Organi sationssicht sind im vorliegenden Fall auf Grund der praktisch nicht vorhandenen direkten Benutzerinteraktion f r die Funktionen Datenerfassung und Datenpr fung nicht n tig Das Zusammenwirken von Funktionen und Daten f r den Datenabruf zeigt das Flussdia gramm in Abbildung 5 12 Im Datenabrufprozess sind au er Daten und Zeit auch Ereignisse prozessbestimmend Sowohl bei der Datenfern bertragung als auch bei jedem Datenbank zugriff k nnen Zust nde auftreten die den Datenfluss steuern m ssen dargestellt durch Balken Bei der weiteren Systementwicklung m ssen daher unbedingt Kontrollfl sse eingef hrt werden also die Real Time Erweiterung ber cksichtigt werden 122 Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems R Z gt Parameter Konfigurations E lesen ji daten gt N S N Datalogg
285. weise Tests durchgef hrt Implemen tierung und Test wurden in mehreren Zyklen durchlaufen Die Abnahme und Einf hrungs phase des Softwaresystems erfolgte unter Ber cksichtigung der definierten Qualit tsmerk male Mittel und Verfahren f r die Entwicklung des offenen Datenmanagementsystems 95 4 1 1 Planung Das Ziel des Projektmanagements ist ein ausgewogenes Verh ltnis zwischen Kosten Zeit und Qualit t bei der Entwicklung und dem Einsatz von Software In Tabelle 4 1 sind die zu ber cksichtigenden Faktoren dargestellt Tabelle 4 1 Kriterien der Softwareentwicklung nach RAASCH 113 Kosten Qualit t Zeit Entwicklung Benutzersicht Entwicklersicht Entwicklung Einf hrung Einf hrung Einsatz Funktionserf llung Erweiterbarkeit Lebensdauer Wartung Effizienz Wartbarkeit Zuverl ssigkeit bertragbarkeit Benutzbarkeit Wiederverwendbarkeit Sicherheit Die konkrete Planung beruht auf der Anwendung des Prototypingmodells das einen schnel len Abgleich zwischen Anforderungen und Realisierungsm glichkeiten erlaubt Als Orientie rung und Planungshilfe wurde ein Pflichtenheft erstellt um Ziel Einsatzbereich Umgebung Funktionen Daten Leistungen Bedienoberfl che Qualit ts Ziele Testszenarien und Entwicklungsumgebung f r das Software Produkt eindeutig zu erfassen und berpr fen zu k nnen Um diese Strategie auf den gesamten Lebenszyklus der Software zu erweitern bei dem auch Betrieb und Wartung
286. wirtschaftlich interes santen weiter unten genannt werden Es sind also wirkliche Echtzeit Wetterdaten verf gbar die einerseits im Klimatologischen Dienst und an den beiden Universit ten f r Forschung und Lehre in Direktanbindung an die Datenbasis genutzt werden andererseits ber eingeschr nkten Zugriff auf eine Mailbox Bulletin Board 79 von Schulen Wirtschaftsunternehmen und ffentlichen Einrichtungen bezogen werden k nnen Als dritter Weg der Ver ffentlichung stehen noch Anzeige Terminals in einigen ffentlichen Einrichtungen zur Verf gung Im landwirtschaftlichen Bereich werden die Daten insbesondere in Beregnungs Beratungssystemen 72 zur Be stimmung g nstiger Anbautermine zum Pflanzenschutzmanagement zur Koordinierung des kontrollierten Abbrandes von Weiden etc sowie zur Hochwasser und Unwetterwarnung herangezogen 14 In weiteren Bundesstaaten der USA existieren an das Mesonet angelehnte weitverzweigte hochautomatisierte Messnetze 100 deren Hauptnutzung jedoch nicht im Agrarbereich liegt bzw welche sich noch im Aufbau befinden 104 2 3 2 Agrarmeteorologische Messnetze in Deutschland In Deutschland ist in den n chsten Jahren die Erweiterung bzw Umstrukturierung des Beobachtungsnetzes des Deutschen Wetterdienstes zu einem ebenso gut ausgebauten hoch automatisierten Messnetz wie dem Oklahoma Mesonet geplant 73 Auch das bereits bestehende Mess und Beobachtungsnetz des DWD ist eine hervorra
287. wurde jedoch aus Kapazit tsgr nden nicht f r den breiten Anwender kreis verwendet sondern diente dazu f r spezielle Anwendungsf lle variable Datenaus schnitte bereitzustellen 5 3 4 Datenpr fung und zusammenfassung F r die Pr fung der Messdaten wird oftmals der Begriff Plausibilisierung verwendet Daher wurde das Programm von den Entwicklern plausi benannt Da eigentlich nicht definiert werden kann wann Witterungsdaten plausibel sind soll im Weiteren auf die Begriffe Plausibilisierung und Plausibilit t verzichtet werden Der Zweck der Datenpr fung ist das Herausfinden von definitiv falschen offensichtlich verkehrten also unlogischen oder zweifelhaften und andererseits wahrscheinlich richtigen Messwerten Das Ergebnis sind Fehlermitteilungen Warnungen und Korrekturen oder Streichungen der Daten in den Messdatentabellen Die hier nur beschriebenen Algorithmen zur Messdatenpr fung wurden von Meteorologen und Physikern definiert entwickelt und auch implementiert 48 147 577 Die Datenpr fung erfolgt grob betrachtet in drei Stufen Zuerst werden aus allen Messdaten die mittlere Tagestemperatur und aus bekannten physikalischen und geografischen Gr en Sonnenposition Auf und Untergang und Kulmination berechnet Als zweites werden Einzelpr fungen der Sensoren vorgenommen Strahlungswerte werden an den tagesaktuellen Sonnenauf und Untergangszeiten und theoretischen Maximalwerten gepr ft Alle anderen Daten werden auf a
288. z glich Wetterinformationen die Datenabrufe vom Webserver und die wirklich an die Datenbank weitergeleiteten Anfra gen monatsweise aufgetragen Die Zahl der Anfragen sinkt bis Oktober des Jahres 1999 auf Grund der oben genannten Zuverl ssigkeitsprobleme die auf die Systemsoftware zur ckzu f hren sind und steigt mit deren Beseitigung und der Einf hrung der Seiten im offiziellen Informationsangebot des BayStMELF November 1999 wieder an Deutlich erh hte Anfrageh ufigkeiten sind w hrend der Vegetationsperiode 2000 Mai und Juli zu verzeich nen Sie sind auf ergiebige Niederschl ge und damit erh hten Datenbedarf im Pflanzenschutz zur ckzuf hren Realisierung und berpr fung des offenen Datenmanagementsystems 169 15000 on pro Monat 1999 E Besuche gesamt 12000 Datenabruf 11000 Datenbankanfrage 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 99 99 99 99 99 9 99 99 99 9 99 99 15000 Zugriffe pro Monat 2000 E Besuche gesamt 13000 12000 Datenabruf 11000 A Datenbankanfrage 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 Abbildung 5 32 Monatliche Anfragen an Webserver und Applikationsserver ohne interne Zugriffe aus dem Bayerischen Beh rdennetz Der R ckgang der Abrufzahlen im Juli bis Oktober 1999
289. zeitspeicher f r einige 58 Stand der Technik Messtage und Datenausgabeeinrichtungen Die Datenausgabe erfolgt in rechnerlesbarer weitgehend standardisierter Form Je nach Beschaffenheit des Ausgangssignals der Sensoren werden deren Signalausg nge direkt oder eventuell ber Signalwandler z B Strom zu Spannung Signalverst rker oder Impulsformer an den Eingangsteil des Datenloggers angeschlossen Im Datenlogger findet f r analoge Signale eine Analog Digitalwandlung also die Umsetzung der analogen konti nuierlichen Signale in zeitdiskrete digitale Gr en statt Die digitalen Signale die z B an Regenmessern mit Wippe oder Schalenstern Anemometern mit rotatorischen Inkrementalge bern zur Windmessung entstehen sind nicht quidistante Impulsfolgen bzw duale Zustands nderungen die ber Z hlereinheiten Zeitgeber oder Decoder in zeitdiskrete digitale Signale gewandelt werden Von einer Steuer und Recheneinheit werden alle Signale in ein einheitli ches Zeitraster gebracht verdichtet meist gleitende Mittelwertbildung oder aufsummiert und auf einem nichtfl chtigen Speichermedium zwischengespeichert Als solche Datenspei cher dienen batteriegepufferte RAMs verschiedene PROMS oder Chip Karten SRAM PC Card etc deren Speicherplatz von wenigen Kilobyte bis zu einigen Megabyte variiert 78 Bezogen auf die Messwerte k nnen in Abh ngigkeit von der Kanalzahl Zahl der ange schlossenen Sensoren eventuell erweitert um durch inter

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