Datenlexikon und Mini-SpezifikationGliederung:

Datenlexikon1

Notation und Operatoren2

Datenbeschreibung für das River Datenmodell3

Essentielle Aktivität und Basis-Prozesse4

Mini-Spezifikationen 5

Entscheidungsbaum und Abfrageweichen6

Datenlexikon und Mini-Spezifikation7

Strukturierte Modellsprache8

Kommunikationsmodell9

Ein Datenlexikon ist notwendig, da die verschiedenen Datenmodelle (Datenflussdiagramm, Kontextdiagramm, konzeptionelles Modell, physikalisches Modell) keine Mög-lichkeit bieten, Datenspeicher und Datenflüsse ausreichend genau zu beschreiben.

2

DatenlexikonSinn der Datenbeschreibung

Ein Datenlexikon dient dem gleichen Zweck wie ein anderes A – Z sortiertes Lexikon:

Man wählt einen Datenspeicher oder einen Datenfluss und schlägt seine Definition oder Beschreibung nach.

1

Datenspeicher und Datenflüsse werden nicht nur im Hinblick auf ihre Bedeutung für das untersuchte und dargestellte System beschrieben, sondern müssen das Generische des Datentransfers als Basis für eine Regionalisierung herausstellen.

1

Für den Aufbau eines Datenlexikon ist folgendes zu beachten:3

DatenlexikonNotation und Operatoren

Die generische Beschreibung basiert auf einer sorgfältigen Recherche der zugehörigen nationalen und internationalen Literatur.

2

Um die Definitionen eines Datenlexikon allgemein verständ-lich zu gestalten benötigt man eine geeignete Notation mit den folgenden Operatoren:

4

= Zusammenstellung für einen Datenfluss, Datenspeicher oder eine Entität

1

+ Kombination von Komponenten in einer Auflistung2

( ) optionales Datenelement3

{ } dieses Datenelement wird wiederholt4

[ ] entweder dieses Datenelement oder dieses Datenelement 5

* * begrenzen Kommentare zum besseren Verständnis6

DatenlexikonNotation und Operatoren

Bsp.: Niederschlag = flüssiger Niederschlag + fester Niederschlag

flüssiger Niederschlag = Regen + (abgesetzter Nebel) + (Tau) fester Niederschlag = Schnee + (Hagel) +

(Graupel) + (Raureif)Gebietsniederschlag = {HRU-Niederschlag}

Bsp.: Gebietsabfluss = Abfluss am Pegel + (Grundwasserabfluss am Pegel vorbei) + {(Wasserableitungen aus dem EZG) + (Tiefenversickerung)

5

Besteht eine Definition aus Datenelementen, die weiter unterteilt werden können, so ist dies – wie oben gezeigt - bis zur Ebene der Basis-Datenelemente durchzuführen.

6

Kardinalitäten, die mandatory sind, können ebenfalls im Datenlexikon dargestellt werden, wenn sie von Bedeutung für das Verständnis des Modells und der Systemdynamik sind.

8

DatenlexikonNotation und Operatoren

Ein Basis-Datenelement ist erreicht, wen ihm ein Wert zugeordnet werden kann. Dies kann durch folgende Angaben erfolgen:

Name = *Datenelement*Name = *Datenelement. Englischer

Flussname*Name = *Datenelement* [*Rhein* | *Rhine

River*]

7

Für das River Datenmodell würde der Datenfluss zwischen den Entitäten River und RiverSegment dann folgendermaßen lauten:

RiverSegment = River + 1 {RiverSegment} n

9

DatenlexikonPhysikalisches Datenmodell: River

segments

1..*segmentDescription

0..1

river

0..*

description of0..*

riverBed0..1

ecologicProperties

0..*

hydraulicProperties

0..*

sectionShape

0..1

landuseProperties

0..*

Riv erSegment

RiverSegment_IDRiver_IDHortonNumberdrainageArea_sqkmDocument_ID

<pk><fk1>

<fk2>

CrossProfileCrossProfi le_IDcrossProfi lecrossProfi leDescription

<pk>

Riv erRiver_IDriverName

<pk>

DocumentDocument_IDdescription

<pk>

EcologyRiverSegment_IDriparianZone_m

<pk,fk>

HydraulicsRiverSegment_IDBedMatrial_IDCrossProfile_IDsurfaceWidth_mbedWidth_mdepth_mhydraulicRadiusgradient

<pk,fk2><fk1><fk3>

BedMatrialBedMatrial_IDbedMatrialbedMatrialDescriptionManningRoughnes

<pk>

RiverDocument

River_IDDocument_ID

<pk,fk1><pk,fk2>

Landuse

RiverSegment_IDforestgrasslandagriculturesuccessionsettlementimpervious

<pk,fk>

River *Entität. Gewässer * = { River_ID + riverName }

River_ID = *Datenelement. Ganzzahliger Wert*riverName = *Datenelement. Gewässername in

Landessprache*RiverSegment *Entität: digitalisiertes Flusssegment*

= { RiverSegment_ID + River_ID + HortonNumber + width_m + depth_m + hydraulicRadius + gradient + drainageArea_sqkm + CrossProfile_ID + BedMaterial_ID + Document_ID }

segments = *Relationship. Kardinalität: mandatory, mindestens 1 digitalisiertes Flussegment.*

2

DatenlexikonDatenbeschreibung für River

Das Datenlexikon für River enthält in alphabetischer Reihenfolge die Beschreibung für Entitäten, Relationen und Datenspeichern (SST) des Datenmodells.

1

Das Datenlexikon weist nach, ob diese Anforderung erfüllt ist. Es gilt dann zu spezifizieren, was der Prozess mit den jeweiligen Eingangsdaten machen soll und wie der Austrag erzeugt werden soll.

2

ProzessspezifikationenEssentielle Aktivität und Basis-Prozesse

In der Systemanalyse wird ein Arbeitsmodell des Systems erstellt, in dem jeder Systemprozess die Eingangsdaten bekommt, die er zur Erstellung der Ausgangsdaten benötigt.

1

Auf der höchsten Ebene werden die Systemreaktionen in einem ‚Knoten‘der essentielle Aktivität zusammengeführt.

1

Dies erfolgt in der Prozessspezifikation, die für verschiedene Ebenen durchgeführt werden kann. Dabei ist folgendes zu beachten:

3

Diese Aktivität kann in Basis-Prozesse zerlegt werden, die in entsprechenden Mini-Spezifikationen beschrieben werden.

2

ProzessspezifikationenMini-Spezifikation

Die Festlegung der untersten Prozessebene bleibt dem Systemanalytiker überlassen. Es kann die Ebene der Prozessmodelle sein, die als Basis-Prozesse durch entsprechende Mini-Spezifikationen beschrieben werden.

1

Die höchsten Ebene wäre die Ebene der ‚Verdunstung‘ mit dem ‚Knoten‘ der Evapotranspiration als essentielle Aktivität.

1

Beispiel: Die Verdunstung setzt sich aus der Evaporation von freien Wasseroberflächen sowie aus dem Boden und der Transpiration der Pflanzen zur Evapotranspiration zusammen.

2

Die Basis-Prozesse wären die Evaporation und Transpiration, die beide von der Sonnenenergie und dem Wind mitbestimmt werden.

2

Diese Eingangsdaten werden in den Prozessmodulen durch parametergesteuerte Algorithmen verarbeitet.

3

ProzessspezifikationenMini-Spezifikation

TE

Evapotranspiration

Meteorologische Daten

+ +Verdunstung

Die ensprechenden Spezifikationen wären:3Meteorologische Daten = Einstrahlung + Wind 1

E = empirisches Haude-Modell T = empirisches Penman-Monteith-Modell

2

ET = E + TET = Verdunstung

3

Die Basis-Prozesse wären die die jeweiligen physikalisch basierten Prozesse in den Prozessalgorithmen, die durch die Mini-Spezifikation und das Datenlexikon beschrieben werden.

2

ProzessspezifikationenMini-Spezifikation

Die überwiegende Anzahl von Prozessmodellen ist physikalisch basiert, aber empirisch, d.h. auf der Basis von detaillierten Messreihen von Systemvariablen hergeleitet worden.

4

Bei komplexen Prozessmodellen ist es deswegen sinnvoll, den Modellalgorithmus als ‚essentielle Aktivität‘ zu sehen und in die integrierten Basis-Prozesse aufzulösen.

5

Die höchsten Ebene wäre die Ebene der ‚Verdunstung‘ mit den beiden ‚Knoten‘ der Transpiration und Evaporation als essentielle Aktivitäten.

1

Beispiel: Verdunstung = Transpiration + Evaporation6

ProzessspezifikationenMini-Spezifikation

Einen Hinweis auf die Lage der ‚untersten Ebene‘ für die Basis-Prozesse ist die Fähigkeit, den Prozess in der Mini-Spezifikation noch durch einfache mathematische Operatoren ausdrücken zu können.

7

Zu diesen wären zu zählen: +, -, *, /, E**, Σ, ln, lg, .Bsp.: Gebietsniederschlag n. Thiessen-Polygon Modell

NEZG = (ΣNPolygon) * APolygon)/AEZG

8

Um die Mini-Spezifikation nicht ‚unlesbar‘ zu machen, sollte man im Datenlexikon auf die Literatur verweisen, die als Grundlage für den Prozessalgorithmus verwendet wurde. Durch Angabe einer Datenbankadresse kann der Anwender die Angaben dann direkt einsehen.

9

INTERMEDIATE STORE

GROUNDWATER STORE

SPECIFIC YIELD

HYDRAULIC GRADIENT

- - - - - - - - -CAPILLARY FRINGE

HYDRAULIC CONDUCTIVITY

SURFACE LAYER

SUBSEQUENTSOILHORIZONS

INTERCEPTIONCANOPY

PRECIPITATION(RAINFALL ; IRRIGATION)

INTERCEPTION

BASEFLOW

RUNOFF

QUICKFLOW

WILTING POINT . . . . . . . . . .STRESS THRESHOLD . . . . . .DRAINED UPPER LIMIT . . . . . . SATURATION . . . . . . . . . . . . . . . . .

ProzessspezifikationProzessanalyse: Mikroskala

ProzessspezifikationProzessanalyse: Pediment mit Oberflächenabfluss

ProzessspezifikationProzessanalyse: versiegelte Bodenoberfläche

ProzessspezifikationProzessanalyse: Doppelring-Infiltrometer

ProzessspezifikationProzessanalyse: Bodenprofil auf Pediment

ProzessspezifikationProzessanalyse: Oberflächenabfluss

ProzessspezifikationProzessanalyse: Oberflächenabfluss

ProzessspezifikationProzessanalyse: durchwurzelte Bodenzone

ProzessspezifikationProzessanalyse: Perkolation

ProzessspezifikationProzessanalyse: Bodenporen

Prozesse und DatenverknüpfungEntscheidungsbaum

Die Aufteilung der essentiellen Aktivität in die zugehörigen Basis-Prozesse und ihr späteres Zusammenfügen in der Systemsynthese lässt sich graphisch folgendermaßen darstellen:

1

Entscheidungsbaum: Konditionsgesteuerte Verzweigung der Prozessabläufe basierend auf binären Abfragekonditionen.

1

jaT-Modell

MD

Veg

Bod

nein T = 0

ja E-Modell

nein E = 0

Verdunstung

ET

+

+

+

+

Σ

Prozesse und DatenverknüpfungAbfrageweichen im FlussdiagrammEntscheidungsweichen: Verzweigung der Prozessabläufe durch Weichen im Flussdiagramm gesteuert von den Abfragekonditionen „<„ ; „=„ ; „>“ ; „<=„ und „>=„

2

I = N - Epot

IkN > Ik

N < Ik

Abfrageweiche Ik

Os

M = N - Ik

N > Os

N > Epot

Niederschlag Neff

N <= EpotEpotAbfrageweiche Epot Eact = Epot - N

N = Neff

Prozesse und DatenverknüpfungDatenlexikon und Mini-Spezifikation

Datenlexikon und Mini-Spezifikation der zugehörigen Basis-Prozesse werden zusammen mit dem RDBMS in der Systemsynthese zusammengeführt.

2

Datenlexikon:ea = aktueller Dampfdruck (pa)es = Sättigungsdampfdruck (pa)Eact = aktuelle Evaporation (mm)Epot = potentielle Evaporation (mm)I = Infiltration durch die Bo-

denoberfläche (mm)Ik = Infiltrationskapazität (mm)k = monatl. HAUDE-FaktorM= Muldenrückhalt (mm)N = Niederschlag auf Boden-

oberfläche (mm)Os = Oberflächenspeicher (mm)

Mini-Spezifikation:Eact = tatsächliche Evaporation (mm)Epot = HAUDE-Modell k * (es – ea)I = N-Anteil, der durch die

Bodenoberfläche in den Boden eindringt (mm)

Ik = maximal mögliche Infiltration pro Zeiteinheit

M= Wasserspeicherung (mm) in Unebenheiten auf der Boden-

oberfläche N = verbliebener N-Anteil (mm)Oa = Oberflächenabfluss (mm)

Prozesse und DatenverknüpfungStrukturierte Modellsprache

Strukturierte Sprache für das Flussdiagramms:

*lese alle Daten aus RDBMS*N = Neff

*berechne Epot nach HAUDE; s.a.Modellspezifikation in der ange-gebenen Literatur*Epot = k * (es – ea)

*findet Infiltration statt ?*if (N <= Epot) then

Eact = Nstop

endifEact = Epot

N = N - Eact

*findet Muldenrückhalt statt ?*if (N <= Ik) then

I = Nstop

elseI = Ik

N = N - Ik

*findet Oberflächenabfluss statt ?*if ( N <= Os) then

M = Nstop

endifN = N – Os

Ao = Nendifend

KommunikationsmodellVerfeinerung des Datenflussdiagramms

Das Kommunikationsmodell hat die Aufgabe, dem Anwender das entwickelte System so vorzustellen, dass er in der Lage ist es zu bewerten. Hierzu gehört:

1

Die Dynamik des entwickelten Systems nachzuvollziehen und in seiner Gesamtheit zu erfassen, d.h. das System ganzheitlich zu verstehen.

1

An der Entwicklung und Umsetzung der benötigten Aktivitäten (Anschaffungen, Installationen, Trainingsprogramme, Umbauten, Umstellungen) zur Implementierung des Systems verantwortlich mitzuarbeiten.

2

Das Kommunikationsmodell stellt somit die Basis für die Implementierung des entwickelten Systemmodells dar.

Dabei tritt als weiteres Symbol das Graphische User Interface (GUI) auf, durch das der Anwender interaktiv mit dem System kommuniziert und es steuert.

2

GUI