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GI-Technologien zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL): Materialien Wissensbasen Teil 2: Prozessabläufe Materialien Reiner Borchert.

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1 GI-Technologien zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL): Materialien Wissensbasen Teil 2: Prozessabläufe Materialien Reiner Borchert

2 GI-Technologien zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) – SS 2003 Reiner Borchert Prozessabläufe (21.5.) Dynamische Prozesse in Ontologien? Ontologien sind von Haus aus statisch – sie repräsentieren das Seiende. Aktionen, Entwicklungen und Prozesse haben aber dennoch konstante Merkmale, die die durch sie herbeigeführten Veränderungen an den Objekten beschreiben. Daher können in Prozess-Ontologien prinzipiell Vorgänge aller Art modelliert werden.

3 GI-Technologien zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) – SS 2003 Reiner Borchert Prozessabläufe (21.5.) Prozess-Ontologien! Um einen Prozess in seinen Elementen und seinem Verlauf beschreiben zu können, muss man ihn in seine Komponenten zerlegen und die Relationen der Komponenten untereinander feststellen. Die Komponenten können ihrerseits als Prozesse aufgefasst und ebenfalls zerlegt werden. Letzten Endes landet man bei Atomen, also bei Komponenten, die nicht weiter zerlegt werden können bzw. bei denen das keinen Sinn machen würde.

4 GI-Technologien zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) – SS 2003 Reiner Borchert Prozessabläufe (21.5.) Top-Level- Domain-Prozess-Ontologie Die abstrakten Konzepte der Prozess-Ontologie sind Bestandteile einer Top-Level-Ontologie (folgende Seiten), die für alle Prozess- Ontologien verwendbar ist. Domain-spezifische Prozess-Elemente können teils als Subklassen, teils als Instanzen von Prozessklassen modelliert werden. Für Simulationen können Prozess-Elemente mit ausführbarem Programm-Code (z.B. Java-Klassen) verbunden werden.

5 GI-Technologien zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) – SS 2003 Reiner Borchert Prozessabläufe (21.5.) Prozess-Komponenten 1:Basis-Komponenten (basics) Zeitachse (time axis): zeitliches Koordinatensystem, absolut (global) oder relativ (mit systeminternem Bezugspunkt) Zeitpunkt (point in time): Punkt auf der Zeitachse, der (mehr oder weniger) genau bestimmbar ist. Zeitdauer (duration): Länge einer Periode ohne Berücksichtigung der Startzeit. Zeitraum (space of time): Periode auf der Zeitachse mit definiertem Startpunkt und definierter Zeitdauer System-Parameter (system parameter): relevanter Parameter des Systems, in dem der Prozess abläuft, der mittelbar oder unmittelbar vom Prozessablauf betroffen ist oder diesen aktiv beeinflusst; hat zu einem bestimmten Zeitpunkt einen bestimmbaren, eindeutigen Wert. Stellt für den Prozess eine Rahmenbedingung (general condition) dar. Gradient (gradient): Zeitraum mit allmählicher, kontinuierlicher Veränderung eines System- Parameters; ist beendet, wenn die Veränderung aufhört, wenn ein Schwellenwert des Parameters erreicht ist oder wenn eine vorher festgelegte Zeitdauer verstrichen ist. Bedingung (condition): Logische Formulierung, die während des Prozessablaufs ausgewertet werden kann. Das Ergebnis der Auswertung ist klassischerweise binär (richtig oder falsch). Intention (intention): angestrebte Folge einer Aktion (bei Prozessen gleichbedeutend mit Ziel).

6 GI-Technologien zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) – SS 2003 Reiner Borchert Prozessabläufe (21.5.) Prozess-Komponenten 2: Ereignisse (events) Ein Ereignis ist ein einzelnes Vorkommnis mit bekannter oder unbekannter Ursache, zu einem bestimmten Zeitpunkt oder in einem bestimmten Zeitraum. Ereignisse können Relationen zu anderen Komponenten unterhalten. Relationen sind dauerhaft oder zeitlich befristet (temporär) und können wechselseitig sein. Sie sind nicht-hierarchisch. (opt. = optional) Entscheidung (decision): Verzweigung im Prozessablauf mit (in der Regel) zwei Alternativen; die Auswahl einer der Alternativen ist von dem Ergebnis der Auswertung einer Bedingung abhängig. Für jede Alternative sind die Konsequenzen definierbar: es können weitere Entscheidungen, Aktionen oder Prozesse folgen. Relationen zu: Objekt-Instanzen; Bedingung; 2 oder mehr Folge-Ereignisse Aktion (action): einzelne aktive, zielgerichtete Tätigkeit mit Intention; kann die Folge einer Entscheidung sein, kann einen Gradienten auslösen oder ein Stadium herbeiführen (z.B. durch Änderung von System-Parametern) und/oder eine Entscheidung, einen Prozess oder eine weitere Aktion nach sich ziehen. Relationen zu: Objekt-Instanzen, Folge-Ereignis (opt.); Intention (Ziel) (opt.) Externes Ereignis (external event): Außerhalb des Systems verursachtes Ereignis, das auf den Prozess einwirkt und seinen Ablauf beeinflussen kann; für den Prozess hat ein externes Ereignis häufig einen zufälligen (d.h. nicht vorhersehbaren) Charakter (Auswirkung wie eine Aktion, aber ohne eine innerhalb des Prozesses definierte Intention). Ein externes Ereignis hat seinen Ursprung in einem anderen (meist benachbarten) System. Relationen zu: Verursachendes System; System-Parameter, die das Ereignis verändern kann (opt.); Objekt- Instanzen, auf die das Ereignis einwirkt (opt.)

7 GI-Technologien zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) – SS 2003 Reiner Borchert Prozessabläufe (21.5.) Prozess-Komponenten 3: Zusammengesetzte Komponenten (compositions) I Komponenten können aus mehreren Teil-Komponenten zusammengesetzt sein. Sie treten dann als Owner der Teil-Komponenten (Owner-Relation) auf, und die Teile eindeutig und dauerhaft der Komponente zugeordnet. Daraus entsteht eine Komponenten-Hierarchie. Darüber hinaus können auch zusammengesetzte Komponenten nicht-hierarchische Relationen zu anderen Komponenten haben. (opt. = optional) System (system): Gesamtheit aller Objekte und System-Parameter, die für einen Prozess relevant sind. Die Abgrenzung erfolgt nach pragmatischen Gesichtspunkten. Von außen gesehen stellt das System einen Block dar, der als Gesamtheit agiert und reagiert. Ein System kann in mehrere Unter-Systeme gegliedert sein, die jeweils Teilbereiche des Gesamtsystems abdecken und über eigene Parameter verfügen. Prozesse sind nicht Teil des Systems, stehen aber auf dem instance level in Relation zum System. 1.Zusammengesetzt aus: räumliche und zeitliche Abgrenzung; Objekt-Instanzen; System-Parameter Relationen zu: übergeordnetes System (opt.); (räumlich oder zeitlich) benachbarte Systeme (opt.), Prozesse (opt.) Systemzustand (system state): Gesamtheit aller relevanter Parameter des Systems, zu einem bestimmten Zeitpunkt oder in einem bestimmten Stadium. Zusammengesetzt aus: System-Parameter, Zeitpunkt Relationen zu: System; Stadium (opt.) Ziel (target): Angestrebter Systemzustand am Ende des Prozesses Zusammengesetzt aus: Systemzustand mit Zeitpunkt oder Bedingung Relationen zu: Prozess, der zu diesem Ziel führen soll

8 GI-Technologien zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) – SS 2003 Reiner Borchert Prozessabläufe (21.5.) Prozess-Komponenten 3: Zusammengesetzte Komponenten (compositions ) II Stadium (stadium): Zustand des Systems während des Prozessablaufs, der für einen gewissen Zeitraum anhält (innerhalb bestimmter Grenzen konstant bleibt); wird beendet, wenn eine Endbedingung erfüllt (z.B. Veränderung eines System-Parameters) oder eine festgelegte Zeitdauer verstrichen ist. Zusammengesetzt aus: Systemzustand, Zeitdauer oder Entscheidungen mit Start- und Endbedingung Relationen zu: Prozess Prozess (process): aus mehreren Komponenten zusammengesetzter Ablauf von Ereignissen, kann zielgerichtet sein (d.h. einen definierten Endzustand des Systems anstreben), permanent (Endlosschleife) oder zyklisch (periodisch) ablaufen. Besteht aus Komponenten aller Art. Zusammengesetzt aus: Startzeitpunkt, Zeitdauer, Entscheidungen mit Start- und Endbedingung, Gradienten (opt.), Stadien, Ereignisse aller Art (Entscheidungen, Aktionen), untergeordnete Prozesse (opt.), Ziel (opt.) Relationen zu: System (in dem der Prozess abläuft), übergeordneter Prozess (opt.)

9 GI-Technologien zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) – SS 2003 Reiner Borchert Prozessabläufe (21.5.) Analyse- und Bewertungsverfahren als einfache Prozessabläufe Bewertungs- und Analyseverfahren können als Prozesse angesehen werden, in denen der Faktor Zeit keine (für den Ablauf wesentliche) Rolle spielt. Im übrigen können die Verfahren mit den gleichen Grundelementen wie die Prozesse beschrieben werden.

10 GI-Technologien zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) – SS 2003 Reiner Borchert Prozessabläufe (21.5.) Simulation – was ist das? Wenn unsere Kenntnisse über die Prozesse eines Systems umfassend genug sind, um, können wir daraus ein Modell entwickeln. Das Modell muss so umfassend sein, dass alle für die gegebene Fragestellung relevanten Verhaltensvarianten des Systems hinreichend beschrieben sind. Das Modell muss also in der Lage sein, das Verhalten des Systems unter gegebenen Ausgangsbedingungen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit prognostizieren zu können. Solch eine Anwendung des Modells nennen wir Simulation. Das Modell kann Bestandteil einer Prozess-Ontologie sein.

11 GI-Technologien zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) – SS 2003 Reiner Borchert Prozessabläufe (21.5.) Simulation natürlicher Prozesse Welche Probleme sind bei Simulationen zu bewältigen? Welche Komponenten werden für Simulationen benötigt? Ein auf einer Ontologie basierendes Modell ist passiv. Es beschreibt die dynamischen Vorgänge, kann sie aber nicht virtuell ausführen. Das bedeutet, dass man eine Applikation braucht, die das Modellwissen der Ontologie für die Simulation nutzt. Eine Simulation muss den Zeitbedarf einer Aktion berücksichtigen. Sie benötigt daher einen Zeitgeber, der für alle Prozesse innerhalb der Simulation den zeitlichen Rahmen liefert. Die Simulation muss in der Lage sein, mehrere Prozesse parallel ablaufen zu lassen, wobei sich die Prozesse gegenseitig beeinflussen können.

12 GI-Technologien zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) – SS 2003 Reiner Borchert Prozessabläufe (21.5.) Aufgaben: Prozesse modellieren: Gewässerstruktur:Berechnung der Strukturgüte Defizitfeststellung, Defizitanalyse (Leitbildparameter) Vegetationskunde:Sukzession von Pflanzengesellschaften

13 GI-Technologien zur Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) – SS 2003 Reiner Borchert Links / Literatur / Material Material zum Seminar unter Protégé 2000: John F. Sowa (2000):Knowledge Representation. Logical, philosophical, and computational foundations. Brooks/Cole.


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