Datenmodelle

Geodatabase Schemata: Datenmodelle für GIS Anwender

Über die Jahre hat ESRI zusammen mit aktiven Anwendern eine Reihe von Basis-Datenmodellen für bestimmte Anwendungsbereiche entwickelt und veröffentlicht. Ziel dieser Modelle ist es, schnell aus einer Planungs- und Designphase in den produktiven Betrieb wechseln zu können und zugleich Erfahrungen über Ansätze "die so funktionieren" weiterzugeben und eine Plattform für deren Austausch zu etablieren.

ESRI USA unterhält einen eigenen Bereich auf der Website unter support.esri.com/datamodels, wo Sie die Modelle, technische Dokumente dazu, Poster, Code und gelegentlich auch Beispieldaten herunterladen können. Sie können diese Modelle auswerten, anpassen und idealerweise sogar an deren Weiterentwicklung mitwirken. Hierzu gibt es eigene Diskussions-Foren und die Möglichkeit Datenmodell User Groups beizutreten.

Die meisten Datenmodelle basieren auf Strukturen, rechtlichen Vorschriften und Anforderungen aus den USA. Doch die Art, wie sie aufgebaut, strukturiert und dokumentiert sind, kann auch in Europa hilfreich sein.

Was enthalten die veröffentlichten Datenmodelle?

Der Inhalt der Datenmodelle variiert, angestrebt wird aber jeweils folgender Inhalt:

• Eine beispielhafte Implementierung für einen ausgewählten Anwendungsfall, inklusive der zugehörigen Datenbank
• Ein Geodatabase Template als Grundlage für eigene Anpassungen/Entwicklungen oder den Datenimport
• Ein White Paper mit Erläuterungen zum Datenbankdesign
• Ein Poster des Datenmodells
• Tipps und Tricks zur Umsetzung/Überführung in den praktischen Betrieb

Einige der Modelle haben aktive User-Communities und enthalten daher Hinweise auf deren Website und die Möglichkeiten, aktiv an der Entwicklung teilzuhaben.

Aufbauend auf klassischem GIS Datenbank-Design

In den ersten Pilotprojekten stellte sich bereits heraus, dass Geodatabase Design konzeptionell nichts wirklich Neues gegenüber klassischem GIS Datenbankdesign erfordert. Grundstücke sind weiterhin Flächen, Grenzlinien, wenn getrennt von den Grundstücken erfasst, liegen immer auf einer Flächengrenze - es gibt also genau definierbare Regelsätze: Straßen werden meist über ihre Mittelachse erfasst und sind an ihren Endpunkten verbunden etc.

GIS Datenbankdesign gibt es letztlich seit Jahrzehnten, wird ständig angewandt und hat sich in der Praxis bewährt - vor allem durch Kombination und unter Beachtung der Standards relationaler Datenbanktechnologie. Deren Grundsätze gelten unverändert auch für GIS Anwendungen und haben verstärkt Bedeutung, wenn GIS nicht losgelöst, sondern als Teil einer interoperablen Infrastruktur betrachtet wird.

Gemeinsame Schlüsselelemente in Datenmodellen

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Liste der thematischen Layer

Jede GIS Anwendung enthält einen Mindestumfang an notwendigen Datenebenen. Deren Identifikation und Spezifikation ist Teil des konzeptionellen Designs der Lösung. Diese Datenebenen werden thematische Layer genannt.

Einheitliche räumliche Abbildung

Festlegung, wie jede Datenebene erfasst und dargestellt wird. So werden etwa Straßen in fast allen Maßstäben und Anwendungsfällen als Linien dargestellt und über ihre Mittellinie erfasst. Die gesamte Repräsentation ist letztlich durch eine Zusammenstellung aus Punkten, Linien, Flächen, Text (Annotationen), Rasterdaten und Tabellen definiert. Dazu gehören auch die Festlegung von Namen/Feldern und Begrifflichkeiten.

Minimal notwendige Attributierung

Idealerweise werden Festlegungen zu Klassifikation, Attributierung, Schlüsselzuweisung und Benamung so gewählt, dass sie über mehrere Datenbanken/Modelle und Anwendungen nutzbar sind. Im Bereich der Interoperabilität erleichtert entsprechende Vorarbeit hier die künftige Arbeit.

Grundlegende Integritätsregeln und räumliche Beziehungen

Die modellimmanenten Integritätsregeln und räumlichen Beziehungen zwischen Datenelementen sollten identifiziert bzw. festgelegt werden. Hieraus lässt sich für den Anwendungsfall automatisiertes "Verhalten" von Objekten ableiten. Ein Beispiel wäre die Festlegung, dass Straßensegmente an Endpunkten verbunden sind, je Segment eine eindeutige Straßenkategorie zugewiesen ist und ein Segment sich nicht selbst schneiden kann. Oder dass verbundene Höhenschichtlinien die selbe zugewiesene Höhe haben müssen, oder dass sich Gemeindeflächen (und andere administrative Einheiten) nicht überschneiden und stets komplett innerhalb der nächsten Hierarchieebene (etwa Landkreis) liegen müssen. Das Verständnis solcher Integritätsbeziehungen ist für viele Anwender Voraussetzung, um die Nutzbarkeit des Modells für einen bestimmten Anwendungsbereich beurteilen zu können.

Kartenlayout und Layout-Vorlagen

Teil der Modellspezifikationen sollten auch die angestrebten Kartenprodukte und deren Maßstäbe sein. Layouts, Symbolik und Beschriftungsregeln sind wichtig für die Anwendungsszenarien.

Metadaten-Vorlagen

Dokumentation in Form ISO oder FGDC konformer Metadaten sollten heute selbstverständlich sein. Hierdurch werden Daten nutzbar, übertragbar und bewertbar für künftige Verwendungen und andere Nutzer, insbesondere für die Integration in Informationssysteme und Portale. Zu dieser Beschreibung gehört vor allem auch die Bewertung von Gültigkeit und Nutzbarkeit oder Bindung hinsichtlich unterschiedlicher Anwendungsbereiche. So kann ein linear erfasster Flusslauf sicher für diverse Orientierungskarten in unterschiedlichen Maßstäben mehr oder weniger sinnvoll eingesetzt werden, zur flächenscharfen Simulation von Überflutungsereignissen wird er wenig bis nicht geeignet sein. Teil von Metadatenspezifikationen sind auch durchgängig verwendete Schlüsselbegriffe, Formate, Auswahllisten, ... Dies kommt vor allem künftigen Suchvorgängen und Verschlagwortungen zu Gute.

Richtlinien für Erfassung und Abgabe

Geodaten sind immer ein generalisiertes Abbild der Realität. Für die Erfassung braucht es daher ebenso Regeln wie für die Abgabe. So ist beispielsweise festzuhalten, ob in einem Layer mit Gebäudegrundrissen alle Grundrisse erfasst sind oder nur die von besonderen Gebäuden. Ist das Gewässernetz aus einem hochgenauen Geländemodell abgeleitet und umfasst alle Abflussstrecken größer 1000m oder entstammt es sekundärer Quellen - also etwa einer älteren Karte, bei der die Erfassungsrichtlinien nicht bekannt sind? Kenntnis dieser Tatsachen ist entscheidend, um die Eignung für gegebene Aufgaben bewerten zu können.

Erkenntnisse beispielhafter Implementierung

Anhand von Beispielen lässt sich am besten aufzeigen, wo gewählte Ansätze warum zum Erfolg geführt haben und wer womöglich von welchem Ansatz profitieren kann. Daher werden für die vorliegenden Modelle die Ergebnisse erster Implementierungen festgehalten.

GIS Datenmodelle gemeinsam nutzen

ESRI stellt für die angebotenen Datenmodelle sicher, dass Standards dieser Anwendungsbereiche entsprechend umgesetzt und auf Dauer gepflegt werden. So sind zum Beispiel Teile des ArcHydro Modells stark von Standardisierungsbemühungen in diesem Marktsegment über die letzten 10 Jahre geprägt. ESRI beobachtet und beteiligt sich außerdem selbst an zahlreichen Standardisierungsbemühungen bei ISO, OGC, FGDC, ANSI und anderen. Wir implementieren marktreife und marktrelevante Standards in unsere Datenmodelle.

Die bereitgestellten Modelle implementieren, was beteiligte Anwender praktikabel, hilfreich und konsens-fähig für ihre tägliche Arbeit einwerten. Auf diese Grundsätze werden wir uns auch weiterhin konzentrieren. Die einzelnen Datenmodelle und zahlreiche Zusatzinformationen finden Sie unter support.esri.com/datamodels.