Modellierung und Repräsentation von Zeit in GIS

1. GIS-Seminar Modellierung und Repräsentation von Zeit in GIS • Warum Zeit in GIS? • Welche Anforderungen stellen wir? • Was braucht man zur Realisierung von Zeit in GIS? • Welche Probleme treten bei der Umsetzung auf? Von Thorsten Berka

2. - Ungenügende Darstellungsmöglichkeit zeitlicher Abläufe in statischen Karten. - Regelmäßige Aktualisierung von Karten in bestimmten Bereichen notwendig. - Bis jetzt Verlust von älteren Karteninformationen nach Aktualisierung. - Bedarf nach einem Informationssuchsystem. Warum Zeit in GIS?

3. a a a b b b e e c c c d d d Hauptstraße: U-straße (geplant): U-straße (fertiggestellt): Stadt: Naturschutzg.: Beispiel: Umgehungsstraße 1.Jan.1995: Beschluß zum Bau einer Umgehungsstraße um die Stadt. Voraussichtlicher Termin der Fertigstellung 24.Nov.1995. 1.Jan.1996: Teilstrecken ab und cd vollendet, aber Bau des Stücks bc so nicht möglich. Route bec geplant. Geschätztes Datum zur Vollendung der Straße ist der 6.Jul.1996. 1.Jan.1997: Umgehungsstraße ist vollständig fertiggestellt worden.

4. 1.Jan.1995 6.Jul.1996. Umgehungsstraße Beispiel: Umgehungsstraße 1.Jan.1995: Beschluß zum Bau einer Umgehungsstraße um die Stadt. Voraussichtlicher Termin der Fertigstellung 24.Nov.1995. Fragen: Wann wurde der Beschluß zum Bau der Umgehungsstraße gefällt? 1.Jan.1996: Teilstrecken ab und cd vollendet, aber Bau des Stücks bc so nicht möglich. Route bec geplant. Geschätztes Datum zur Vollendung der Straße ist der 6.Jul.1996. Wann sollte das Teilstück bec fertiggestellt werden? 1.Jan.1997: Umgebungsstraße ist vollständig fertig gestellt worden. Was wurde am 1.Jan.1997 fertig?

5. - Modellierung einer temporalen Karte: a a a b b b e e c c c d d d - Angebot eines Suchsystems: Frage Antwort Welche Anforderungen stellen wir an TGIS?

6. Temporale Topologien Temporale Operationen Spatio-Temporale Objekte Zeiten Räumliche Objekte Spatio-Temporale Datenbank Was braucht man für TGIS? Temporale Karte Suchsystem

7. Linear: Kataster Mehrdeutige Zukunft: Hochwasserschutz Mögliche Vergangenheiten: Archäologen Zyklus: Meteorologen Temporale Topologien

8. 2.) Zeit, zu der ein Ereignis eintritt: 1.) Zeit, zu der man die Information erhält: Zeiten 1.Jan.1995: Beschluß zum Bau einer Umgehungsstraße um die Stadt. Voraussichtlicher Termin der Fertigstellung 24.Nov.1995. - event time - valid time - real time - database time - transaction time - system time

9. Systemtyp: Real time System time Statisch X X Historisch X Rollback X Bitemporal Zeitunterstützende Systemtypen

10. 1.1.98 1.1.97 1.1.96 Real time 1.1.95 1.1.94 1.1.94 1.1.95 1.1.96 1.1.97 1.1.98 System time Bitemporaler Systemtyp Streckenabschnitt ab: 1.1.1995: Plan des Baus 24.11.95: Geschätztes Datum der Fertigstellung 1.1.1996: Korrektur des Fertigstellungsdatums 1.1.1996: Fertigstellung von ab

11. 0-Simplex 1-Simplex 2-Simplex Complex = Zusammensetzung aus Simplexes, die paarweise verschieden sind. Räumliche Objekte Simplex: Complex:

12. b Räumliche Objekte + Bitemporale Elemente Spatio-Temporale Objekte 1.1.94 1.1.94 a b b e c c c 1.1.94 1.1.94 d Spatio-Temporale Objekte

13. Operation Operand 1 Operand 2 Resultat Gleichheit ST-Objekt ST-Objekt Ja / Nein Teilmenge ST-Objekt ST-Objekt Ja / Nein Schnittmenge ST-Objekt ST-Objekt ST-Objekt Vereinigung ST-Objekt ST-Objekt ST-Objekt Unterschied ST-Objekt ST-Objekt ST-Objekt Grenzlinie ST-Objekt ST-Objekt Räumlicher Teil ST-Objekt S-Objekt Temporaler Teil ST-Objekt T-Objekt Temporale Operationen (Query languages: TQuel, LEGOL, TOSQL)

14. Relational database desings: - Relation-level versioning - Tuple-level versioning - Attribute-level versioning Spatio-Temporale Datenbanken Temporale Speichermethoden: - objekt-oriented - knowlegde-based - semantic - relational

15. T0 Obj. X Y T1 Obj. X Y T2 Obj. X Y Relation-level versioning - Kreiert und speichert snapshots - Für jede Veränderung ein snapshot - geht nach system time, real time wird Attribut Vorteile: - einfaches Konzept Nachteile: - neue Tabelle bei Wechsel => hohe Redundanz - ineffizient bei vielen Veränderungen - verbirgt Vergangenheit einzelner Objekte

16. Obj. X Y T0 snapshot T1 Nur Veränderungen T2 Tuple-level versioningMethode Snodgrass - ein snapshot, dann nur Veränderungen Vorteile: - kaum Redundanz Nachteile: - lange Listen - lange Suchzeiten

17. Obj. X Y T0 T1 T2 T0 T1 T2 T0 T1 T2 Tuple-level versioningMethode Ariav - ein snapshot, dann Veränderungen - wo keine Veränderung kein Eintrag Vorteile: - einfaches Konzept, kaum Redundanz Nachteile: - Such-Algorithmen benötigen durchgehend Objektidentitäten

18. Gegenwart Vergangenheit Obj. X Y Zeiger Obj. X Y Zeiger Tuple-level versioningMethode Lum - Gegenwart wird aktualisiert - Vergangenheiten in „Ghost“-Listen Vorteile: - schnelle Suche in Gegenwartsnähe - kaum Redundanz Nachteile: - lange Suchzeiten in tiefer Vergangenheit

19. X Y Ti X Y Ti Attribut 1 Attribut 2 Attribute-level versioning - speichert nach Attributen (nicht nach Zeit) Vorteile: - minimiert Redundanz - Fragen nach Lebenszeiten Nachteile: - benötigt besondere Such-Algorithmen - attributsübergreifende Fragen sehr zeitintensiv

20. Schnelligkeit des Systems Einfachheit der Datenstruktur Genauigkeit Was für Probleme treten bei der Umsetzung auf?

21. Zeit oder nicht Zeit, das ist hier die Frage! Noch andere Fragen?