Im Mittelpunkt dieser Dissertation steht die Auseinandersetzung mit dem Bedarf geowissenschaftlicher Visualisierung und Auswertung bezüglich ereignisgesteuerter und dynamischer Verfahren.
Neben der Entwicklung eines Konzeptes anhand der Diskussion der zu berücksichtigenden Aspekte, bildet die Entwicklung eines exemplarischen Prototyps den Schwerpunkt dieser Arbeit.
Die Entwicklung dieses zunächst in seinem Bearbeitungsaufwand als sehr hoch einzuschätzenden Prototyps wird dabei als Problemlösungsprozeß zu der offenen Fragestellung nach einer portablen Implementierung an wichtigen Punkten diskutiert.
Auf der Grundlage dieses Konzeptes und den Erfahrungen aus der Entwicklung des Prototyps lassen sich geeignete Verfahren für die ereignisgesteuerte und dynamische Visualisierung mittels Komponenten für geographische Informationssysteme verstehen und entwickeln.
Die zentrale Frage lautet:
Wie können räumliche Daten möglichst flexibel, effizient und portabel mit Daten für Ereignisse verbunden und gleichzeitig die Gegensätzlichkeiten zwischen Datenmaterial und Programm verringert werden?
Geographische Informationssysteme ( GIS ) haben in Geographie, Geologie und Geophysik seit Anfang der achtziger Jahre des zwanzigsten Jahrhunderts erheblich an Bedeutung gewonnen [Zeh1993].
In diesem Rahmen hat die Vielfalt, Komplexität und Verbreitung von Informationssystemen in den Geowissenschaften zugenommen. Geographische Informationssysteme haben bis heute ihre Anwendungen in fast allen Bereichen des Lebens gefunden, da die Bedeutung räumlicher Informationen nur selten mehr außer acht gelassen werden kann.
Mit fortschreitender Vernetzung steigt die Bedeutung von Informationen rasant. Räumliche Informationen werden immer besser verwaltet, analysiert und präsentiert. Zu diesem Zweck werden vielfältige Komponenten benötigt, die flexible Lösungen bieten.
Neben den informatischen Aspekten geht es aber insbesondere auch um die Anwendungen. Gerade in den Geowissenschaften werden spezielle Entwicklungen und individuelle Anpassungen zunehmend zu einer zwingenden Grundlage für viele Aspekte der Forschung.
Inzwischen haben Informationssysteme weitgefächerte Einsatzfelder in verschiedensten Fachbereichen. Die Geoinformatik verbindet die Geowissenschaften mit der Informatik.
Zum einen haben die Entwicklungen in den letzten Jahren gezeigt, wie übergreifend Problemstellungen aus der Geoinformatik sind und daß in vielen Bereichen Geoinformatiker und geoinformatisches Wissen benötigt werden. Zum anderen ist eine ausgeprägte Praxisorientierung in den Geowissenschaften notwendig, um den steigenden Bedarf an Lösungen in der Zukunft zu decken.
Ein Konzept oder eine Komponente für ein GIS kann heute nicht unabhängig von einer Vielzahl anderer Komponenten entwickelt werden. Ein fundamentaler Gesichtspunkt eines GIS ist die Integration modularer Teile in heterogene Systeme.
Moderne Systeme sind aus Anwendungskomponenten aufgebaut, welche die Basis für eine Entwicklungsplattform darstellen. Aus Sicht der Entwicklung sind die einzelnen Anwendungskomponenten aus Entwicklungskomponenten aufgebaut.
Bei der bestehenden Komplexität moderner GIS-Anwendungen muß das Konzept für die Integration von GIS-Applikationen so portabel wie möglich sein, um den höchsten Grad an Verwendbarkeit möglichst vieler Funktionen unterschiedlichster Systeme zu gewährleisten.
Portabilität kann allgemein folgendermaßen definiert werden:
Eine portable Implementierung kann mit geringerem Aufwand auf ein neues System gebracht werden als eine Neuimplementierung erfordert.
Innerhalb einer komplexen Applikation weisen Komponenten in der Regel unterschiedliche Grade an Portabilität auf (Systemzugriffe, Graphik etc.).
Portabilität derart verschiedener Komponenten, wie sie ein GIS erfordert, ist nicht implizit durch die Verwendung portabler Entwicklungswerkzeuge gegeben, sondern eröffnet sich erst durch Konzeption eines Abstraktionsniveaus und die Schaffung geeigneter und beliebig offener und geschlossener Entwicklungsebenen.
Zwar haben auch geschlossene Systeme ihre Vorteile, doch die grundlegenden Vorteile offener Systeme sind Stabilität und Erweiterbarkeit bzw. Skalierbarkeit und Konfigurierbarkeit.
Bei den heute existierenden Informationssystemen wird häufig nur mit dem Ziel von Erweiterungen entwickelt. Nicht ohne Grund sind viele Funktionen oft nur mit einer aufgesetzten Makroprogrammierung erreichbar. Ein grundlegendes Überarbeiten der Basis solcher Systeme ist meist zu aufwendig. Gerade für spezielle Bedürfnisse einer Reihe von modernen Anwendungsgebieten führt dies oft zum Einsatz von sehr beschränkt anpassungsfähigen und wenig skalierbaren Lösungen.
Die Grundlagen für zahlreiche Auswertungen und Visualisierungen sind der Inhalt und die Strukturierung des Datenmaterials und seine Anbindung an nutzbare Funktionen.
Anlaß zu dieser Arbeit war das Fehlen von Komponenten mit einer engen Anbindung von Ereignissen an Geodaten bzw. Datenobjekte für eine effiziente Nutzung zur dynamischen Visualisierung.
Unter einem Ereignis (engl.: ,,event``) versteht man ein Geschehen, das in einem gegebenen Kontext eine Bedeutung hat und sich zeitlich und räumlich lokalisieren läßt.
Eine Komponente (engl.: ,,component``) ist ein ausführbares Softwaremodul mit eigener Identität und wohldefinierten Schnittstellen. Es kann sich dabei beispielsweise um Quellentext (engl.: ,,source code``), Binärcode, dynamisch ladbare Bibliotheken oder ausführbare Programme in Maschinensprache handeln. Man kann auch von Software sprechen, die unabhängig verwendet werden kann, eine Schnittstelle, ein Typmodell, eine Implementierung besitzt und einen ausführbaren Teil enthält.
Objekte sind konkret vorhandene und agierende Einheiten mit eigener Identität und definierten Grenzen, die Zustand und Verhalten kapseln. Der Zustand wird repräsentiert durch die Attribute und Beziehungen, das Verhalten durch Operationen bzw. Methoden. Jedes Objekt ist ein Exemplar (hier synonym: Instanz ) einer Klasse. Das definierte Verhalten gilt für alle Objekte einer Klasse gleichermaßen, ebenso die Struktur ihrer Attribute und ihr Zustand. Die Werte der Attribute sind jedoch individuell für jedes Objekt. Jedes Objekt hat eine eigene, von den Werten seiner Attribute unabhängige, nicht veränderbare Identität.
Fast jede Programmiersprache hat zumindest zu einem Teil objektorientierte Elemente. Beispielsweise ist bereits die Verwendung des Plus-Operators für ganze Zahlen (engl.: ,,integer``) und Fließkommazahlen (engl.: ,,floats``) ein ,,Überladen`` eines Operators (engl.: ,,operator-overload``), das in fast allen Programmiersprachen seit langem verwendet wird.
Eine einheitliche und exakte Festlegung, was eine objektorientierte Sprache ausmacht, existiert nicht. Man kann strenggenommen derzeit bei keiner existierenden Programmiersprache von vollständig idealer Objektorientierung sprechen, auch wenn einige Sprachen dem schon recht nahe kommen.
Objektorientierte Programmiersprachen stellen jedoch eine Reihe von grundlegenden Konzepten bereit. Die wichtigsten sind:
Hinsichtlich der Thematik dieser Dissertation liegt es insofern nahe, zu untersuchen, ob eine Programmiersprache oder ein ähnliches ,,Datenformat``, objektorientiert oder nicht objektorientiert, für bestimmte Aufgaben bei der Handhabung und Darstellung geowissenschaftlicher Daten herangezogen werden kann.
Neben diesen Eigenschaften müssen aber auch mehr oder weniger konventionell aufgebaute Daten unterstützt werden.
Bis zu 85 Prozent der Kosten beim Einsatz von GIS-Technologie entfallen auf die Daten bzw. die Konvertierung von Daten. Meist liegen diese in proprietären und oft wenig dokumentierten kryptischen Formaten vor [Göb1999]. Weltweit handelt es sich bei den diesbezüglichen Ausgaben jährlich um mehrstellige Milliardenbeträge.
Aus diesem Grund werden zahlreiche Versuche unternommen, übergreifende Lösungen, wie z.B. das Open Geospatial Datastore Interface ( OGDI ), zu entwickeln [CLGM1998].
Andere Paradigmen gehen von einer Integration kognitiver und geometrischer Ansätze für das Verständnis der Relationen zwischen Rasterdaten und Vektordaten zur Beschreibung des Raumes aus und bringen zahlreiche Aspekte der GIS damit derzeit in einen überdisziplinären Kontext [Edw1996].
Es bleiben aber Probleme, denn konventionelle GIS sind in der Regel
Dies macht sich bei der Entwicklung und Erweiterung meist noch deutlicher bemerkbar als bei der einfachen Anwendung.